EP4021662A1 - Method for producing cores and molds in sand casting - Google Patents

Method for producing cores and molds in sand casting

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Publication number
EP4021662A1
EP4021662A1 EP20771195.3A EP20771195A EP4021662A1 EP 4021662 A1 EP4021662 A1 EP 4021662A1 EP 20771195 A EP20771195 A EP 20771195A EP 4021662 A1 EP4021662 A1 EP 4021662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molding material
binder
component
sand
catalysts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20771195.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sandra ESCHRICH
Daniel HOLSTEIN
Thomas GALLERT
Tina HERTEL
Jörg GEBEL
Robin GOLDACKER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bindur GmbH
Original Assignee
Bindur GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bindur GmbH filed Critical Bindur GmbH
Publication of EP4021662A1 publication Critical patent/EP4021662A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/22—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins
    • B22C1/2233—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • B22C1/2273—Polyurethanes; Polyisocyanates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cores and molds using the sand molding method.
  • the method is particularly suitable for producing foundry molded parts from molded materials, comprising two-component polyurethane binders, one or more thermally activated catalysts and natural and / or ceramic sands.
  • the molding materials are hardened in warm and hot hardening core and mold manufacturing processes. The hardening of the molding material is promoted by thermally induced catalyst activation.
  • molding material mixtures are generally produced by thoroughly mixing a binding agent with a molding base material, introduced into a model and, after the molding material has hardened, stripped out. After adding a core (package) and molded part halves, the casting with metallic melt takes place.
  • Inorganic or organic binders are used to bond the basic molding material, for example quartz sand.
  • Swellable clay minerals such as bentonite or aqueous alkali silicate solutions, in particular modified water glasses, are used as inorganic binders.
  • organic binders phenolic, furan or urea resins and condensates thereof with formaldehyde or mixtures thereof are used, but also phenolic resin-based two-component polyurethanes.
  • a wide variety of processes are used to process molding materials into “lost forms” and cores, which can basically be divided into hot-curing and cold-curing processes. These are to be used in the following both in With regard to their process parameters as well as the binders used for this purpose, they are described and compared with one another. What these processes have in common is that the flowable molding material is first introduced into a mold by hand or by means of compressed air during core shooting. The processing step of the hardening, on the other hand, differs in all the processes described.
  • a period of 10 to 90 minutes is waited after molding, after which the molding material has hardened and can be removed from the model (pep-set or no-bake process).
  • Furan resins, phenolic resins or polyurethanes can be named as suitable binder classes for this purpose.
  • the cycle times have to be reduced to a few seconds to a minute, which is achieved with cold curing, for example by gassing with an amine in the cold box process.
  • Thermosetting processes are also used to reduce cycle times and generally differ in terms of the temperature range or the type of heat supply.
  • Organic and inorganic binders are available for the various warm and hot-curing processes.
  • a distinction is first made between hot-box and warm-box processes because, depending on the binder used, there are different curing temperatures and thus different tool requirements. In both processes, a heatable core box or a heatable model is used, which are made of metal at a relatively high cost.
  • binders based on phenolic or furan resins are used, which harden at temperatures of up to 300 ° C.
  • the warm box process is only carried out at around 150 ° C with specially additized furan resins as a binder.
  • phenol-based hot box binders are condensates of phenol, urea, formaldehyde and a low molecular weight alcohol to which aqueous ammonium chloride solution is added as hardener, as described, for example, in DE 1569023 C3. Mixtures of acidic latent hardeners and hexamethylenetetramine are also possible. By masking the hardener, the reaction actually only starts when it is heated.
  • the hardening agents are adducts of strong acids with weakly basic or polar substances, for example urea or polyols, or heavy metal salts of organic acids, as is known, for example, from DE 3738902 A1.
  • Hexamethylenetetramine takes on the role of an additional inhibitor in order to further extend the processing time of the molding material mixture.
  • Condensation products of aromatic amines with aldehydes, as also described in DE 3032592 C2 are also suitable as inhibitors.
  • Hot-box binders based on phenol-resol resins mean that the cores adhere strongly to the mold, even with the use of a release agent, and can hardly be detached without damage, as is evident from DE 1570203 A, for example.
  • Furan resin-based hot box systems contain dihydroxymethylated furan or the corresponding polymers which, as is known from US Pat. No. 7,125,914 B2, also cure with latent acid catalysts at a temperature of 205 ° C. in 20 to 40 seconds.
  • Such a binder system is known from DE10031 954 A1, which discloses that when using 2% binder to harden the molding material, 20 seconds to two minutes at a mold temperature of 200 ° C. are necessary.
  • Another method of avoiding phenol and formaldehyde emissions is to harden molding materials with epoxy resins and / or epoxy novolak resins and dicyandiamide or imidazoles as latent catalysts. This is described, for example, in EP 0423780 A2.
  • the test specimens can be removed after 20 seconds to two minutes at 150 ° C.
  • Furan resin condensates with urea can release nitrogen, which leads to gas-induced casting defects, so-called pinholes.
  • systems made of phenol resole resins in alkaline solution have been developed which are cured in 30 to 90 seconds at 230 to 260 ° C without the addition of a catalyst.
  • Such systems are described, for example, in WO 88/08763 A1.
  • Another advantage here is the low content of free formaldehyde, but a very hot tool is required and the binder requirement is relatively high at 2%.
  • heat curing is also used, but according to a different principle. Such a method is the subject of GB 876493 A.
  • the basic molding material is coated with a phenol novolak resin to which flexamethylene tetram is additionally added.
  • This free-flowing molding material is poured onto a 250 to 350 ° C warm metal plate, which represents the model, and only sets in one layer.
  • the unbound molding material can be reused. Due to the excellent flowability of the "dry" sand, thin cross-sections and fine contours can be reproduced particularly well in the cast. However, a very high thermal input is necessary here too, and the sand has to be pretreated in a costly manner.
  • waterglass-based, inorganic binders are increasingly being used in foundries. Their molding material strengths are generally lower than those of the organic binders, but their emissions during casting are significantly lower. In addition to flaring by adding liquid esters or gassing with C0 2 , heated tools or hot air are also common.
  • Warm air has the decisive advantage that no expensive, heatable core boxes are necessary, as is the case with the hot box or warm box process, but simple plastic models can be used.
  • the core is heated evenly by warm air. Not only is the outer shell adjacent to the core box heated, because the warm air penetrates the core evenly.
  • a very strongly heated tool that is to say to a temperature> 200 ° C
  • a suitable device for heating air is described, for example, in DE 202006018044 U1.
  • Organic binder systems are also hardened using the hot air process.
  • Suitable binders are aqueous ammonium polyacrylates in combination with metal salts, as is also described in US Pat. No. 4,678,020.
  • the binder is partially decomposed by the warm air, releasing ammonia and forming water-insoluble metal polyacrylates that bind the molding material.
  • the core mold was heated to the same temperature.
  • Generative manufacturing processes are increasingly complementing classic core manufacturing in foundries. Instead of mixing the binder and the basic molding material and putting them into a mold, sand is applied in layers in a box and a binder is applied to the desired areas.
  • the binders are self-curing or thermosetting. The heat input takes place either after the printing is finished by transferring the box into an oven, or directly during the printing process with the help of infrared radiation.
  • a variant is a further development of the croning process, which is described in WO 95/32824 A1 and in which resin-coated sand is applied in layers and the resin is melted on at certain points with an infrared laser beam.
  • a thermal hardening of molding materials can also be done by microwave radiation. From DE 102007027 577 A1 it is known that, particularly with aqueous alkali silicate binders, a significant increase in the strength of the molding material can be achieved.
  • the cores can be hardened both after they have been fired with a core shooter in a microwave oven and by direct production in a special core shooter, as is described in DE 11 2016006377 T5. In the first case, the transport into the furnace represents an additional, error-prone process step. In the second case, however, a special core shooter is required, which represents a high investment barrier in practice.
  • phenol-formaldehyde resins in particular are solidified with isocyanate-containing hardeners in the cold-box process, in which amine gassing results in an almost sudden hardening of the molding material with the formation of a polyurethane addition product, and this is particularly good suitable for an automated core manufacturing process.
  • the cold box process is explained in numerous publications, for example in US 3409579 A, DE 2 162 137 A or DE 1 959023 A.
  • DE 102015 118428 A1 discloses phenol-formaldehyde resin-free binders for foundry molding sands and molding material mixtures made from natural and / or ceramic sands with these binders.
  • the binder is either a one-component binder based on polyurethane and / or polyurea, which is suitable for a multi-phase curing process using water-alcohol mixtures, or as a two-component binder.
  • This two-component binder comprises a component A with an average hydrogen functionality of 2.0 to 3.9 and an average equivalent weight of 450 to 900 g / eq of the starting materials, the starting materials of component A being polyether alcohol mixtures of hydroxyl and / or Represent mercapto groups and / or internal nitrogen-containing individual components, and an isocyanate-containing component B.
  • the binders are Environmentally and health-neutral due to the lack of phenol-formaldehyde resin and aromatic solvents. They are suitable for core and mold production in cold self-curing (Pep-Set) and amine-hardening (Cold-Box) processes.
  • blocked amines containing aldimine groups can be used in two-component polyurethane compositions for use as adhesives, sealants, coatings or potting compounds.
  • Blocked amines are also used in epoxy resins. According to WO 2019/081581 A1, one-component epoxy resin compositions have a longer shelf life.
  • EP 2864435 B1 describes the use of ketimines, enamines, oxazolidines, aldimines and / or imidazolidines as blocked amine catalysts for moisture-curing polymer compositions based on a trialkylsilane-terminated sulfur-containing polymer, which can be used as a sealant for sealing an opening.
  • EP1 990387 A1 describes catalysts containing tertiary amine groups for use in polyurethane hotmelt adhesives with which plastics containing plasticizers can be bonded.
  • WO 2011/095440 A1 describes the use of blocked tertiary amines, more precisely 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en (DBU), 1,4- Diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO) and / or 1, 5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-en (DBN), as latent catalysts that operate at switching temperatures between 30 and 60 ° C or 80 to 150 ° C, for the production of polyisocyanate polyaddition products, polyurethane cast elastomers and for the production of screens, pigs, rollers, wheels, rollers, scrapers, plates, cyclones, conveyor belts, doctor blades, couplings, seals, buoys and pumps.
  • similar products are produced using amidines blocked with monocarboxylic acid as latent catalysts for polyisocyanate polyaddition products.
  • Thermolatent catalysts based on tertiary amines which are catalytically active in the range from 50 to 120 ° C, can be used in so-called sheet molding compounds for the production of fiber composite components. This is also known from WO 2017/149031 A1, among other things.
  • No. 2,891,025 A describes quaternary imidazolium salts which serve as polymerizable starting materials which are used in the form of homo- and co-polymer products as plastics, coatings, adhesives, laminations, casting resins or fiber-forming materials.
  • No. 2,800,487 A describes polyoxyalkylene-substituted heterocyclic amines and their ammonium salts as surface-active detergents.
  • latent tetravalent tin catalysts represent an alternative to toxic mercury catalysts and are mainly used for the production of foams.
  • tin or bismuth catalysts which are complexed with an excess of mercapto compounds and thus blocked, are described in WO95 / 29007 A1.
  • DE 102014 110 189 A1 describes a cold box binder consisting of Phenolic resin, polyisocyanate and a blocked tertiary amine or amidine described as a cocatalyst.
  • This co-catalyst is not activated thermally, but develops its effect in conjunction with the tertiary, highly volatile amine, for example triethylamine, which is used as a catalyst according to the cold box process. This allows the consumption of the volatile amine to be reduced.
  • the organic binders described above consist largely of phenolic resins or furfuryl alcohols. Their monomers are mostly toxic and / or carcinogenic and are released during processing, but at the latest during thermal decomposition during casting, and therefore represent a burden for employees and the environment.
  • the object on which the invention is based is to develop a method for the production and processing of molded materials with a binder and a suitable catalyst which promotes hardening of the molded material with the supply of heat and which allows the molded material to be treated by means of moderate thermal input, similar to the warm box. or to cure hot air processes and achieve fast cycle and disconnection times that come close to those of the amine gas curing cold box process.
  • Another concern of the invention is to overcome disadvantages relevant to the environment and occupational health and safety, which result from the use of molding materials containing classic organic binders, which are cured in the warm / hot box and / or warm / hot air process.
  • this concerns the avoidance of the release of emission-relevant substances such as volatile compounds (VOC), phenols, formaldehyde or hydrolytic breakdown products such as aldehydes or ketones.
  • VOC volatile compounds
  • phenols formaldehyde or hydrolytic breakdown products
  • aldehydes or ketones ketones
  • Sand molding process includes at least the following steps:
  • thermosetting molding material the molding material being formed from at least the following components:
  • a two-component, phenol- and formaldehyde-free binder based on polyurethane containing a resin component as a mixture of two or more isocyanate-hydrogen-active compounds with hydroxyl and / or mercapto and / or amino and / or carbamide groups with an OH -, SH and NH functionality of 1.5 to 8 and equivalent weights of 9 to 2000 g / eq of the individual components and an average H functionality of 1.8 to 4.0 and an average equivalent weight of 90 to 200 g / eq the resin component and a hardener component with one or more diisocyanates or polyisocyanates,
  • one or more thermally activatable catalysts the activation temperatures of which are between 50 and 170 ° C, having the polyurethane reaction promoting Brönsted bases and / or Lewis acids and their associated blocking agents, and ⁇ one or more refractory pourable fillers / fillers,
  • thermosetting molding material in the molding tool in the hot box method or in the hot air method at temperatures of the heatable molding tool or the hot air between 90 and 170 ° C, preferably between 100 and 130 ° C, and
  • the mold used is made of plastic, wood or metal. in the In the case of a core box, this generally consists of two halves, the cavity of which forms the core. The core forms the cavity in the casting.
  • thermosetting molding material can consist of one or more refractory, pourable fillers from 95.9 to 99.6%, a binder from 0.3 to 4.0% and one or more thermally activated catalysts from 0.002 to 0.1% in a batch or continuous mixers.
  • the flowable molding material is advantageously introduced into the molding tool by applying compressed air, preferably at 2 to 6 bar, to the storage vessel in which the molding material is temporarily connected to the molding tool via suitable openings.
  • the molding material can be introduced into the tool by manual transfer and compression.
  • thermosetting molding material is hardened in the process according to the invention by heating the molding tool used to 90 to 170.degree. C. or rinsing the molding material with hot air at 90 to 170.degree.
  • the flushing pressure is preferably 0.5 to 6 bar.
  • the molding tool can be opened by machine or by hand and the mold part can be removed using a device or by hand.
  • balanced combinations of different aliphatic and / or cycloaliphatic compounds which are hydrogen-active with respect to isocyanate are preferably used for the two-component systems in the resin component, these compounds being polyether alcohols, reactive and non-reactive polymer polyols, polycaprolactones, polyether polyester alcohols , Polythiols, amino polyether alcohols, di- and higher-functional alcohols, amines, Carbamide compounds. Two or more individual components of one or more of these substance classes are incorporated into the resin component.
  • the individual constituents of the resin component are selected so that there is an average H functionality of 1.8 to 4.0, preferably 2.2 to 3.5.
  • the combination of two-functional with higher-functional compounds has proven to be advantageous for optimal crosslinking, with an optimal average functionality being sought.
  • Di-, tri- and tetra-functional polyether alcohols are particularly suitable as crosslinking polyols for the production of the resin component used in the process according to the invention.
  • Such polyols are for example
  • Suitable polycaprolactones are, for example, Placcel® 205, 305 and 410 from Daicel®, Durez® Ter S 1063-72 and S 2006-120 from Sumitoma Bakelite® or Capa® 3031, 3022 and 2043 from Ingevity®.
  • NFI-functional compounds can be any suitable polycaprolactones.
  • Polyether diamines such as Jeffamine® D-400 and D-230 from Fluntsman® or simple structures such as diglycolamine can be used.
  • Polyhydric short-chain alcohols preferably with a maximum molecular weight of 200 g / mol, are diols such as ethylene glycol, 1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethylpropanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, neopentyl glycol, 1,4-butanediol , Diethylene glycol, 1,5-pentanediol, 2,2,4-trimethylpentane-1,3-diol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,6-flexanediol and 2 -Ethylhexane-1,3-diol, triols such as glycerol, trimethylol
  • the binders are processed with or without additional catalytic support.
  • Suitable catalysts are organotin, organobismuth, organozinc, organopotassium and organoaluminum compounds and also tertiary or quaternary nitrogen-containing substances such as dimethylcyclohexylamine, N-substituted pyrrolidones, N-substituted imidazoles, diazabicyclooctane and triazine derivatives.
  • Suitable metal-based catalysts are, for example, the Kosmos® and DABCO® grades from Evonik®, catalysts from TIB®, K-Kat® products from
  • the hardener component of the binder of the molding material consists of mixtures of one or more isocyanates with thinners and additives that ensure processability, the isocyanate content preferably being in a balanced stoichiometric ratio to the hydrogen-active compounds of the resin component.
  • Suitable isocyanates of the hardener component of the molding material according to the invention are oligomers or polymeric derivatives of the basic type of 2,4'- and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and / or oligomers or polymeric variants of the type of 2,4'- and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and / or oligomeric or polymeric derivatives of hexamethylene diisocyanate with optionally completely or partially blocked isocyanate groups and / or isophorone diisocyanate and / or its derivatives, as well as the aromatic, aliphatic and cycloaliphatic isocyanates prepared in a prepolymer process and their Oligomers and polymers.
  • Oligomeric and polymeric derivatives of isocyanates include carbodiimides, isocyanurates, biurets, uretdiones and uretonimines.
  • Common blocking agents for isocyanates which can be split off again under the action of heat, are phenol, cresol, acetoacetic ester, diethyl malonate, e-caprolactam and butanone oxime.
  • the isocyanates preferably have at least functionality 2 and are liquid at room temperature.
  • the aforementioned prepolymers are made by a pre-crosslinking of a stoichiometric deficit of di- or polyfunctional polyols with suitable aliphatic and / or aromatic and / or cycloaliphatic Isocyanates produced, with a residual content of free isocyanate groups between 5 and 35%, particularly preferably between 6 and 30%, preferably resulting.
  • such prepolymers must have a processing-friendly viscosity which ensures thorough mixing with the basic molding material and is therefore a maximum of 900 mPas, but preferably 300 to 600 mPas, at 20 ° C. All viscosities specified in connection with the present invention were determined using a rotary viscometer in accordance with DIN 53019.
  • Suitable isocyanates for binders of the molding material in the process according to the invention include Lupranate® from the product range from BASF®, Desmodur® types from Covestro®, Voranate® and Isonate® from Dow Chemical®, Vestanate® from Evonik®, the Suprasec® series from Fluntsman®, Tolonate® from Vencorex®, Polurene® and Flydrorene® from Sapici® or Ongronate® from Wanhua®.
  • suitable isocyanates include in particular Lupranat® M 70 R, Lupranat MM® 103, Lupranat M® 105, Lupranat® MIP, Lupranat® M 10 R, Lupranat® M 20 S, Desmodur® 44 V 70 L, Desmodur® 44 V 20 L, Desmodur® CD-S, Desmodur® DN, Desmodur® I, Desmodur® W / 1, Vestanat® IPDI, Vestanat® H12MDI, Vestanat® TMDI, Vestanat® HT 2500 / LV, Suprasec® 2030, Suprasec® 2085 , Tolonate® HDB LV, Tolonate® HDT LV, Ongronat® 3800, Ongronat® CR-30-20, Ongronat® CR-30-40, Ongronat® CR-30-60.
  • the binder components, ie resin and hardener, of the molding materials used in the process according to the invention are preferably supplemented by thinners with the aim of good processability.
  • thinners are, for example, fatty acid esters based on renewable raw materials, such as transesterification products from vegetable oils, especially their methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl and isobutyl esters.
  • Synthetic mono-, di- and tricarboxylic acid esters, organosilicates, sulfonic acid esters and / or largely are also suitable aromatic-free fractions from petroleum processing, phosphoric acid esters, cyclic and non-cyclic carbonates and / or non-hydroxy-functional terminal polyethers.
  • fatty acid esters from natural oils are the rapeseed methyl ester from Giencore or other established biodiesel manufacturers, the palm and
  • Soy methyl ester from Cremer the Priolube® types from Croda®, the DUB® products from Stearinerie Dubois®, and the RADIA® esters from Oleon®.
  • Suitable organosilicates in particular alkyl silicates and alkyl silicate oligomers, are, for example, tetraethyl silicate, tetra-n-propyl silicate, as well as mono-, di- and
  • thermally activatable amine catalysts and / or metal-based catalysts can be used in the process according to the invention to harden the molding material in a heated core box according to the warm box process or in the unheated core box by introducing warm air . These are then presented as part of the Flarz component in this and / or can be added to the molding material as an individual component.
  • a thermally activated catalyst releases the catalytically active species at temperatures of 50 to 170 ° C.
  • the resulting polyurethane reaction of the two-component binder ensures immediate hardening of the molding material and enables the hardened molding material to be removed from the core box.
  • the reaction rate is many times higher than with other common polyurethane catalysts or without a catalyst at all. In contrast to the common catalysts, remains with Use of thermally unstable catalysts largely unaffected the processing time at room temperature.
  • the thermally activated catalysts have, for example, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en (DBU), 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO), bis ( 2-dimethylaminoethyl) ether, imidazole, piperazine, guanidine or morpholine derivatives.
  • DBU 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en
  • DABCO 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane
  • bis ( 2-dimethylaminoethyl) ether imidazole
  • piperazine guanidine or morpholine derivatives.
  • Possible acids for blocking are monocarboxylic acids such as formic acid, dichloroacetic acid, trifluoroacetic acid or 2-ethylhexanoic acid, dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, suberic acid and hydroxycarboxylic acids such as citric acid or salicylic acid.
  • Complex thermally releasable catalysts are usually adducts of tertiary amines with short-chain diols such as ethylene glycol and carboxylic acid anhydrides such as phthalic anhydride, maleic anhydride or succinic anhydride.
  • Choline and its derivatives are suitable as quaternary ammonium salts which release tertiary amines when exposed to heat.
  • reaction products from cyclic carboxylic acid anhydrides and diamines such as N, N-dimethylethylenediamine can also be used.
  • Typical latent catalysts are, for example, blocked amine and amidine catalysts from Evonik® such as Polycat® SA 1/10, SA 2 LE, SA 4 and SA-8, Dabco® KTM 60, Tosoh® e.g. Toyocat® DB 2, DB 30 , DB 31, DB 40, DB
  • the resin or hardener component of the binder is produced by intensive mixing of the individual components at room temperature and with the exclusion of moisture. The components are obtained with processing-friendly viscosities of 200 to 600 mPas at 20 ° C for the resin component and 200 to 500 mPas at 20 ° C for the hardener component.
  • the resin component of the binder has 50 to 100%, preferably 70 to 90% hydrogen-active compounds and the hardener component of the binder 50 to 100%, preferably 80 to 95% polyisocyanates.
  • the two-component binders described are mixed in combination with refractory and pourable fillers to produce the molding material.
  • These natural and ceramic foundry sands are commonly referred to as basic mold materials. They include quartz sands of various origins and grain shapes, chromite sand, zircon sand, olivine sand, R-sand, magnesia, alkali and alkaline earth halides,
  • Aluminum silicates such as J-sand and Kerphalite®, synthetic sands such as
  • the binder and catalyst content in the molding material can be optimized, taking into account the respective grain spectrum and the specific sand weight, and is preferably between 0.3 and 4.0%, based on the basic molding material, and 0.1 to 2.5% thermally activated Catalyst, based on the resin component, adjusted.
  • the method according to the invention is not restricted to these settings and amounts.
  • the resin and hardener components of the binder can be added in a mixing ratio of 2.5: 1 to 1: 2.5, depending on the respective recipe.
  • Disadvantages of the previous hot box and warm box binder systems, such as formaldehyde and phenol or furfuryl alcohol vapors released during core production or disruptive water released by a condensation reaction, are avoided when using the molding material mixture provided for the process according to the invention.
  • the toxic amine gas used in particular is a considerable procedural disadvantage.
  • the corresponding equipment must be equipped with complex ventilation technology.
  • the amine gas does not react with the molding material and must therefore be continuously removed from the process by an amine scrubber.
  • the present invention does not have these disadvantages. It enables the mold material to harden quickly, for example for core production, without having to use gaseous amines as in the cold box process.
  • the innovative technology of the release of chemically masked catalysts through the introduction of heat is used. This leads to the rapid, thermally induced curing of polyurethane and / or polyurea binders in the molding material and thus enables molded parts to be produced in short cycle times.
  • the binder used in the process according to the invention for the production of molding materials furthermore does not contain any harmful aromatic solvents. Instead, fatty acid esters based on renewable raw materials, synthetic carboxylic acid esters, aliphatic carbonates and / or organic silicon compounds are used, which preferably do not contain any volatile components.
  • the binders and the molding materials themselves have advantageous processing properties such as odorlessness, low vapor pressure, low viscosity, good flowability, adjustable curing speed and high flexural strengths.
  • the ones with the molding materials described The cores and molds produced have a low tendency to defects and good disintegration under casting conditions. During casting, the emissions of volatile organic compounds such as aromatic hydrocarbons and formaldehyde are significantly reduced compared to binders based on phenol-formaldehyde, resin and furan resin.
  • the method according to the invention for processing molding materials makes an important contribution to a low-emission and highly productive foundry.
  • the test conditions are based on the VDG leaflet P71. Quartz sand H31 with 1.6% binder, 0.8% each of which is Flarz and Flärter, and amounts of thermally activated catalysts based on the amount of Flarz, as shown in Table 1, were used to produce molding material mixtures for the binder examples below . These molding material mixtures were stirred in a laboratory mixer for 60 to 120 seconds, then shot with a PLS test body shooting machine at 4 bar shooting pressure into the heatable PBH core box from GF DISA AG and hardened with the introduction of heat through the core box or by introducing heated air. The associated molding material strengths of the test specimens obtained in this way with the dimensions 22.4 x 22.4 x 175 mm were determined as a function of time using the multi-purpose LRu-2e universal strength tester from Multiserw.
  • compositions of the binders used are shown below. All percentages [%] in this document are always to be understood as percentages by weight, unless there is a deviating from this Definition made in the explanatory text.
  • Example 2 Example 3:
  • Table 1 below shows the test results with the exemplary embodiments described and comparative examples V1 and V2 not according to the invention. From the data it can be seen that a thermally activatable catalyst is absolutely necessary in order to achieve short curing times. After the test specimens have cooled down completely (1 hour value), the final strength (24 hour value) is almost reached in most cases. Comparative examples C1 and C2 show that the process according to the invention is not suitable for phenol-formaldehyde resin-based binders. The Pep-Set-Binder V1 requires significantly longer curing times than the variants according to the invention. Comparative binder 2 is a classic cold box binder. The molding materials with the comparative binder 2 are not heat-curable. Presumably, additives in the binder inhibit a reaction of the thermolatent catalyst.

Abstract

The invention relates to a method for producing cores and molds in sand casting, comprising at least the following steps: A) providing a molding tool having a cavity replicating the molded part, B) mixing the heat-curing molding material, wherein the molding material is formed at least from the following components: - a two-component, phenol- and formaldehyde-free, polyurethane-based binder, containing a resin component as a mixture of two or more compounds which are hydrogen-active in relation to isocyanates containing hydroxyl and/or mercapto and/or amino and/or carbamide groups having an OH, SH and NH functionality from 1.5 to 8 and equivalent weights from 9 to 2,000 g/val of the individual components and an average H-functionality from 1.8 to 4.0 and an average equivalent weight from 90 to 200 g/val of the resin components and a hardener component containing one or more diisocyanates or polyisocyanates, - one or more thermally activatable catalysts having activation temperatures between 50 and 170°C and containing polyurethane reaction-promoting Brönsted bases and/or Lewis acids and their associated blocking agents, and - one or more fire-resistant, pourable filler material/materials, C) introducing the molding material into the molding tool, D) curing the heat-curing molding material in the molding tool using a warm box process or a hot air process with the heatable molding tool or hot air at temperatures between 90 and 170 °C, preferably between 100 and 130 °C, and E) removing the produced molded part from the molding tool.

Description

Verfahren zur Herstellung von Kernen und Formen im Process for the production of cores and molds in
Sandformverfahren Sand molding process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kernen und Formen im Sandformverfahren. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Gießereiformteilen aus Formstoffen, umfassend zweikomponentige Polyurethan-Bindemittel, einen oder mehrere thermisch aktivierbare Katalysatoren und natürliche und/oder keramische Sande. Die Formstoffe werden in warm- und heißhärtenden Kern- und Formenherstellungsverfahren gehärtet. Die Formstoff-Härtung wird durch thermisch-induzierte Katalysatoraktivierung begünstigt. The invention relates to a method for producing cores and molds using the sand molding method. The method is particularly suitable for producing foundry molded parts from molded materials, comprising two-component polyurethane binders, one or more thermally activated catalysts and natural and / or ceramic sands. The molding materials are hardened in warm and hot hardening core and mold manufacturing processes. The hardening of the molding material is promoted by thermally induced catalyst activation.
Zur Herstellung von „verlorenen“ Formen und Kernen im Gießereiwesen werden im Allgemeinen Formstoffmischungen durch gründliche Vermischung von einem Bindemittel mit einem Formgrundstoff hergestellt, in ein Modell eingebracht und nach Aushärtung des Formstoffs ausgeschalt. Nach dem Zulegen von einem Kern(-paket) und Formteilhälften erfolgt der Abguss mit metallischer Schmelze. Dabei werden anorganische oder organische Bindemittel zur Verklebung des Formgrundstoffs, zum Beispiel Quarzsand, eingesetzt. For the production of “lost” molds and cores in the foundry industry, molding material mixtures are generally produced by thoroughly mixing a binding agent with a molding base material, introduced into a model and, after the molding material has hardened, stripped out. After adding a core (package) and molded part halves, the casting with metallic melt takes place. Inorganic or organic binders are used to bond the basic molding material, for example quartz sand.
Als anorganische Bindemittel kommen dabei quellfähige Tonmineralien wie Bentonit oder wässrige Alkalisilikat-Lösungen, insbesondere modifizierte Wassergläser, zum Einsatz. Im Bereich organischer Bindemittel werden Phenol-, Furan- oder Harnstoffharze sowie Kondensate hiervon mit Formaldehyd oder deren Gemische eingesetzt, aber auch Phenolharz-basierte zweikomponentige Polyurethane. Swellable clay minerals such as bentonite or aqueous alkali silicate solutions, in particular modified water glasses, are used as inorganic binders. In the area of organic binders, phenolic, furan or urea resins and condensates thereof with formaldehyde or mixtures thereof are used, but also phenolic resin-based two-component polyurethanes.
Zur Verarbeitung von Formstoffen zu „verlorenen Formen“ und Kernen kommen unterschiedlichste Verfahren zum Einsatz, die sich grundsätzlich in heiß- und kalthärtende Verfahren unterteilen lassen. Diese sollen im Folgenden sowohl in Bezug auf ihre Verfahrensparameter als auch auf die dazu genutzten Bindemittel beschrieben und miteinander verglichen werden. Gemeinsam ist den Verfahren, dass der fließfähige Formstoff zunächst händisch oder mittels Druckluft beim Kernschießen in eine Form eingebracht wird. Der Verarbeitungsschritt der Flärtung unterscheidet sich hingegen bei allen beschriebenen Verfahren. A wide variety of processes are used to process molding materials into “lost forms” and cores, which can basically be divided into hot-curing and cold-curing processes. These are to be used in the following both in With regard to their process parameters as well as the binders used for this purpose, they are described and compared with one another. What these processes have in common is that the flowable molding material is first introduced into a mold by hand or by means of compressed air during core shooting. The processing step of the hardening, on the other hand, differs in all the processes described.
So wird bei kaltselbsthärtenden Form stoff-Systemen nach dem Einformen eine Zeitspanne von 10 bis 90 Minuten abgewartet, nach der der Formstoff ausgehärtet ist und aus dem Modell entnommen werden kann (Pep-Set- oder No-Bake-Verfahren). Beispielhaft lassen sich hierfür Furanharze, Phenolharze oder Polyurethane als geeignete Bindemittel-Klassen nennen. Um hohe Stückzahlen an Kernen herzustellen, müssen die Taktzeiten auf wenige Sekunden bis eine Minute reduziert werden, was kalthärtend beispielsweise durch Begasung mit einem Amin im Cold-Box-Verfahren erreicht wird. In cold self-curing molding systems, for example, a period of 10 to 90 minutes is waited after molding, after which the molding material has hardened and can be removed from the model (pep-set or no-bake process). Furan resins, phenolic resins or polyurethanes can be named as suitable binder classes for this purpose. In order to produce large numbers of cores, the cycle times have to be reduced to a few seconds to a minute, which is achieved with cold curing, for example by gassing with an amine in the cold box process.
Warmhärtende Verfahren werden ebenfalls zur Verringerung der Taktzeiten eingesetzt und unterscheiden sich im Allgemeinen durch den Temperaturbereich oder die Art der Wärmezufuhr. Thermosetting processes are also used to reduce cycle times and generally differ in terms of the temperature range or the type of heat supply.
Für die verschiedenen warm- und heißhärtenden Verfahren stehen organische und anorganische Bindemittel zur Verfügung. Für organische Bindemittel wird zunächst in Hot-Box- und Warm-Box-Verfahren unterschieden, weil sich abhängig vom eingesetzten Bindemittel unterschiedliche Härtungstemperaturen und damit Werkzeuganforderungen ergeben. Bei beiden Verfahren wird eine beheizbare Kernbüchse beziehungsweise ein beheizbares Modell verwendet, die relativ kostenintensiv aus Metall gefertigt sind. Organic and inorganic binders are available for the various warm and hot-curing processes. For organic binders, a distinction is first made between hot-box and warm-box processes because, depending on the binder used, there are different curing temperatures and thus different tool requirements. In both processes, a heatable core box or a heatable model is used, which are made of metal at a relatively high cost.
Beim Hot-Box-Verfahren finden Bindemittel auf Basis von Phenol- oder Furanharzen Anwendung, deren Aushärtung bei Temperaturen bis 300 °C erfolgt. Das Warm-Box-Verfahren wird hingegen bei nur etwa 150 °C mit besonders additivierten Furanharzen als Binder durchgeführt. Beispiele für Phenol-basierte Hot-Box-Binder sind Kondensate aus Phenol, Harnstoff, Formaldehyd und einem niedermolekularen Alkohol, denen als Härter wässrige Ammoniumchloridlösung zugegeben wird, wie zum Beispiel in der DE 1569023 C3 beschrieben. Ebenso sind Mischungen aus sauren latenten Härtern und Hexamethylentetramin möglich. Durch die Maskierung des Härters startet die Reaktion tatsächlich erst bei Erhitzung. Bei den Härtungsmitteln handelt es sich um Addukte starker Säuren mit schwach basischen oder polaren Substanzen, zum Beispiel Harnstoff oder Polyole, oder Schwermetallsalze von organischen Säuren, wie es beispielsweise aus der DE 3738902 A1 bekannt ist. Hexamethylentetramin übernimmt dabei die Aufgabe eines zusätzlichen Inhibitors, um die Verarbeitungszeit der Formstoffmischung weiter zu verlängern. Als Inhibitoren eignen sich auch Kondensationsprodukte von aromatischen Aminen mit Aldehyden, wie es auch in der DE 3032592 C2 beschrieben wird. In the hot box process, binders based on phenolic or furan resins are used, which harden at temperatures of up to 300 ° C. The warm box process, on the other hand, is only carried out at around 150 ° C with specially additized furan resins as a binder. Examples of phenol-based hot box binders are condensates of phenol, urea, formaldehyde and a low molecular weight alcohol to which aqueous ammonium chloride solution is added as hardener, as described, for example, in DE 1569023 C3. Mixtures of acidic latent hardeners and hexamethylenetetramine are also possible. By masking the hardener, the reaction actually only starts when it is heated. The hardening agents are adducts of strong acids with weakly basic or polar substances, for example urea or polyols, or heavy metal salts of organic acids, as is known, for example, from DE 3738902 A1. Hexamethylenetetramine takes on the role of an additional inhibitor in order to further extend the processing time of the molding material mixture. Condensation products of aromatic amines with aldehydes, as also described in DE 3032592 C2, are also suitable as inhibitors.
Hot-Box-Binder auf Basis von Phenol-Resol-Harzen führen allerdings dazu, dass die Kerne auch unter Einsatz von Trennmittel stark in der Form haften und kaum ohne Beschädigung gelöst werden können, wie es zum Beispiel aus der DE 1570203 A hervorgeht. Hot-box binders based on phenol-resol resins, however, mean that the cores adhere strongly to the mold, even with the use of a release agent, and can hardly be detached without damage, as is evident from DE 1570203 A, for example.
Furanharz-basierte Hot-Box-Systeme enthalten dihydroxymethyliertes Furan beziehungsweise die entsprechenden Polymere, die, wie aus der US 7 125914 B2 bekannt ist, ebenfalls mit latenten Säurekatalysatoren bei einer Temperatur von 205 °C in 20 bis 40 Sekunden aushärten. Furan resin-based hot box systems contain dihydroxymethylated furan or the corresponding polymers which, as is known from US Pat. No. 7,125,914 B2, also cure with latent acid catalysts at a temperature of 205 ° C. in 20 to 40 seconds.
Nachteile der bisherigen Hot-Box- und Warm-Box-Bindersysteme sind frei werdende Formaldehyd- und Phenoldämpfe beziehungsweise Furfurylalkoholdämpfe bei der Kernherstellung und - im Fall Harnstoff-haltiger Phenolharze - die Freisetzung von Methylisocyanat beim Abguss. In der DE 1569023 C3 ist die Reduktion des Gehalts an freiem Formaldehyd als eine Möglichkeit zur Senkung der Arbeitsplatzbelastung beschrieben. Weiterhin kann dieses Problem durch ein anderes Bindersystem, bestehend aus einem ungesättigten Polyesterharz auf Basis nachwachsender Rohstoffe, Bisphenol- A-Epoxid-Harz und Imidazol-Katalysator, umgangen werden. Ein solches Bindersystem ist aus der DE10031 954 A1 bekannt, wobei offenbart ist, dass beim Einsatz von 2 % Bindemittel zur Formstoffhärtung 20 Sekunden bis zwei Minuten bei 200 °C Werkzeugtemperatur notwendig sind. Eine weitere Methode zur Umgehung von Phenol- und Formaldehyd-Emission besteht in der Flärtung von Formstoffen mit Epoxid-Harzen und/oder Epoxid-Novolak-Harzen und Dicyandiamid oder Imidazolen als latente Katalysatoren. Dies ist beispielsweise in der EP 0423780 A2 beschrieben. Nach 20 Sekunden bis zwei Minuten bei 150 °C können die Probekörper entnommen werden. Disadvantages of the previous hot-box and warm-box binder systems are formaldehyde and phenol vapors or furfuryl alcohol vapors released during core production and - in the case of urea-containing phenolic resins - the release of methyl isocyanate during casting. DE 1569023 C3 describes the reduction of the free formaldehyde content as a way of lowering the workload. Furthermore can this problem can be circumvented by using a different binder system consisting of an unsaturated polyester resin based on renewable raw materials, bisphenol A epoxy resin and imidazole catalyst. Such a binder system is known from DE10031 954 A1, which discloses that when using 2% binder to harden the molding material, 20 seconds to two minutes at a mold temperature of 200 ° C. are necessary. Another method of avoiding phenol and formaldehyde emissions is to harden molding materials with epoxy resins and / or epoxy novolak resins and dicyandiamide or imidazoles as latent catalysts. This is described, for example, in EP 0423780 A2. The test specimens can be removed after 20 seconds to two minutes at 150 ° C.
Ein weiterer Nachteil klassischer Hot-Box-Formstoffe besteht darin, dass Wasser, das bei der Kondensationsreaktion freigesetzt wird, aus dem Formstoff ausgetrieben werden muss, um keine Rückreaktion des Bindemittels oder Gefügefehler beim Guss zu verursachen. Gemäß der DE 10256953 A1 kann durch die Verwendung eines Polyurethan-Systems, bei dem die Additionsreaktion mit einem in der Hitze aufschmelzenden Phenolharz und einem Polyisocyanat abläuft, die Formstoffmischung bei 250 °C in 30 Sekunden ausgehärtet werden ohne überschüssiges Wasser freizusetzen. Bei dieser Methode ist der erforderliche Energieeintrag allerdings sehr hoch und das Einbringen des Phenolharzes anspruchsvoll. Another disadvantage of classic hot box molding materials is that the water released during the condensation reaction has to be expelled from the molding material in order not to cause any reverse reaction of the binding agent or structural defects during casting. According to DE 10256953 A1, by using a polyurethane system in which the addition reaction takes place with a phenolic resin that melts in the heat and a polyisocyanate, the molding material mixture can be cured at 250 ° C. in 30 seconds without releasing excess water. With this method, however, the energy input required is very high and the introduction of the phenolic resin is demanding.
Furanharzkondensate mit Harnstoff können Stickstoff freisetzen, der zu gasinduzierten Gussfehlern, den sogenannten Pinholes führt. Daher wurden Systeme aus Phenol-Resol-Harzen in alkalischer Lösung entwickelt, die ohne Zusatz eines Katalysators bei 230 bis 260 °C in 30 bis 90 Sekunden gehärtet werden. Derartige Systeme sind zum Beispiel in der WO 88/08763 A1 beschrieben. Ein weiterer Vorteil ist hier der geringe Gehalt an freiem Formaldehyd, allerdings wird ein sehr heißes Werkzeug benötigt und der Binderbedarf ist mit 2 % verhältnismäßig hoch. Beim Croning-Verfahren, auch Formmaskenverfahren genannt, wird ebenfalls Warmhärtung, aber nach einem anderen Prinzip genutzt. Ein derartiges Verfahren ist Gegenstand der GB 876493 A. Der Formgrundstoff ist dabei mit einem Phenol-Novolak-Flarz umhüllt, dem zusätzlich Flexamethylentetram in zugesetzt wird. Dieser rieselfähige Formstoff wird auf eine 250 bis 350°C warme Metallplatte, die das Modell darstellt, geschüttet und bindet dort nur in einer Schicht ab. Der nicht gebundene Formstoff kann wiederverwendet werden. Durch die hervorragende Fließfähigkeit des „trockenen“ Sandes, können dünne Querschnitte und feine Konturen im Guss besonders gut abgebildet werden. Allerdings ist auch hier ein sehr hoher thermischer Eintrag von Nöten und der Sand muss aufwendig vorbehandelt werden. Furan resin condensates with urea can release nitrogen, which leads to gas-induced casting defects, so-called pinholes. For this reason, systems made of phenol resole resins in alkaline solution have been developed which are cured in 30 to 90 seconds at 230 to 260 ° C without the addition of a catalyst. Such systems are described, for example, in WO 88/08763 A1. Another advantage here is the low content of free formaldehyde, but a very hot tool is required and the binder requirement is relatively high at 2%. In the croning process, also known as the form mask process, heat curing is also used, but according to a different principle. Such a method is the subject of GB 876493 A. The basic molding material is coated with a phenol novolak resin to which flexamethylene tetram is additionally added. This free-flowing molding material is poured onto a 250 to 350 ° C warm metal plate, which represents the model, and only sets in one layer. The unbound molding material can be reused. Due to the excellent flowability of the "dry" sand, thin cross-sections and fine contours can be reproduced particularly well in the cast. However, a very high thermal input is necessary here too, and the sand has to be pretreated in a costly manner.
Weiterhin finden Wasserglas-basierte, anorganische Bindemittel zunehmend Verwendung in Gießereien. Deren Formstoff-Festigkeiten sind im Allgemeinen geringer als jene der organischen Bindemittel, jedoch ist ihre Emissionslast beim Abguss deutlich geringer. Neben der Flärtung durch Zusatz flüssiger Ester oder Begasung mit C02 sind auch beheizte Werkzeuge oder Warmluft üblich.Furthermore, waterglass-based, inorganic binders are increasingly being used in foundries. Their molding material strengths are generally lower than those of the organic binders, but their emissions during casting are significantly lower. In addition to flaring by adding liquid esters or gassing with C0 2 , heated tools or hot air are also common.
Dadurch wird Wasser aus der Formstoffmischung abtransportiert und die Flärtung beschleunigt. In der Praxis werden Taktzeiten von zwei bis fünf Minuten bei einem Warmluftstrom von 120 bis 150 °C erreicht, wie es auch aus der DE 202007 019 185 U1 hervorgeht. Es wurden, wie zum Beispiel in der DE 69533438 T2 auch Hot-Box-Varianten beschrieben, die in 30 Sekunden bis 2 Minuten bei 230 bis 260 °C heißem Werkzeug eine Aushärtung ermöglichen. This removes water from the molding material mixture and accelerates the hardening process. In practice, cycle times of two to five minutes are achieved with a hot air flow of 120 to 150 ° C, as is also evident from DE 202 007 019 185 U1. As, for example, in DE 69533438 T2, hot box variants have also been described which allow curing in 30 seconds to 2 minutes at a tool at a temperature of 230 to 260 ° C.
Warmluft hat den entscheidenden Vorteil, dass keine teuren, beheizbaren Kernkästen wie beim Hot-Box- oder Warm -Box-Verfahren notwendig sind, sondern einfache Modelle aus Kunststoff genutzt werden können. Durch Warmluft wird der Kern gleichmäßig erwärmt. Es wird nicht nur die am Kernkasten anliegende äußere Hülle erwärmt, weil die Warmluft den Kern gleichmäßig durchdringt. Bei einem sehr stark erhitzten Werkzeug, das heißt auf eine Temperatur >200 °C, besteht für Formstoffe mit organischen Bestandteilen zudem die Gefahr, dass der mit dem Werkzeug in Kontakt stehende organische Bestandteil bereits verbrennt, während das Innere des Kerns noch keinen zur Härtung ausreichenden Temperatureintrag erfahren hat. Ein geeignetes Gerät zur Erwärmung von Luft wird beispielsweise in DE 202006018044 U1 beschrieben. Warm air has the decisive advantage that no expensive, heatable core boxes are necessary, as is the case with the hot box or warm box process, but simple plastic models can be used. The core is heated evenly by warm air. Not only is the outer shell adjacent to the core box heated, because the warm air penetrates the core evenly. In the case of a very strongly heated tool, that is to say to a temperature> 200 ° C, there is also the risk that molding materials with organic components will come into contact with the tool standing organic constituent already burns, while the inside of the core has not yet experienced a sufficient temperature input for hardening. A suitable device for heating air is described, for example, in DE 202006018044 U1.
Auch organische Bindemittelsysteme werden im Warmluft-Verfahren gehärtet. Geeignete Binder sind wässrige Ammonium-Polyacrylate in Kombination mit Metallsalzen, wie es auch in der US 4678020 A beschrieben ist. Durch die warme Luft wird der Binder partiell unter Freisetzung von Ammoniak zersetzt und bildet wasserunlösliche Metall-Polyacrylate, die den Formstoff binden. Zusätzlich zur Warmluft bei 100 bis 150 °C war die Kernform auf die gleiche Temperatur erhitzt. Organic binder systems are also hardened using the hot air process. Suitable binders are aqueous ammonium polyacrylates in combination with metal salts, as is also described in US Pat. No. 4,678,020. The binder is partially decomposed by the warm air, releasing ammonia and forming water-insoluble metal polyacrylates that bind the molding material. In addition to the warm air at 100 to 150 ° C, the core mold was heated to the same temperature.
Generative Fertigungsverfahren ergänzen zunehmend die klassische Kernfertigung in Gießereien. Anstatt Binder und Formgrundstoff zu vermischen und in eine Form einzubringen, wird Sand schichtweise in einer Box aufgetragen und an den gewünschten Stellen ein Binder aufgetragen. Die Binder sind selbst- oder warmhärtend. Der Wärmeeintrag erfolgt entweder nach dem beendeten Druck, indem die Box in einen Ofen überführt wird, oder direkt beim Druckvorgang mit Hilfe von Infrarotstrahlung. Eine Variante stellt eine Weiterentwicklung des Croning-Verfahrens dar, die in der WO 95/32824 A1 beschrieben ist und bei der Harz-umhüllter Sand schichtweise aufgetragen und das Harz punktuell mit einem infraroten Laserstrahl aufgeschmolzen wird. Derartige Verfahren eignen sich aufgrund der begrenzten Fertigungsgeschwindigkeit hauptsächlich für Prototypen und stellen somit keine Konkurrenz für Verfahren der Serienfertigung wie zum Beispiel Hot-Box- Verfahren dar. Das Infrarotlicht härtet nur die Oberflächenschicht des Formstoffs. Das Verfahren ist also allein für Formkörper einsetzbar, die schichtweise aufgebaut werden. Generative manufacturing processes are increasingly complementing classic core manufacturing in foundries. Instead of mixing the binder and the basic molding material and putting them into a mold, sand is applied in layers in a box and a binder is applied to the desired areas. The binders are self-curing or thermosetting. The heat input takes place either after the printing is finished by transferring the box into an oven, or directly during the printing process with the help of infrared radiation. A variant is a further development of the croning process, which is described in WO 95/32824 A1 and in which resin-coated sand is applied in layers and the resin is melted on at certain points with an infrared laser beam. Due to the limited production speed, such processes are mainly suitable for prototypes and therefore do not represent any competition for mass production processes such as hot box processes. The infrared light only hardens the surface layer of the molding material. The method can therefore only be used for moldings that are built up in layers.
Eine thermische Härtung von Formstoffen kann auch durch Mikrowellenstrahlung erfolgen. Aus der DE 102007027 577 A1 ist bekannt, dass insbesondere bei wässrigen Alkalisilikat-Bindemitteln damit eine deutliche Erhöhung der Formstoff-Festigkeiten erreicht werden kann. Die Kerne können sowohl nach der Fierstellung mit einer Kernschießmaschine in einem Mikrowellenofen als auch durch direkte Fertigung in einer speziellen Kernschießmaschine gehärtet werden, wie es in der DE 11 2016006377 T5 beschrieben ist. Im ersten Fall stellt der Transport in den Ofen einen zusätzlichen, fehleranfälligen Prozessschritt dar. Im zweiten Fall hingegen ist eine spezielle Kernschießmaschine notwendig, die für die Praxis eine hohe Investitionsbarriere darstellt. A thermal hardening of molding materials can also be done by microwave radiation. From DE 102007027 577 A1 it is known that, particularly with aqueous alkali silicate binders, a significant increase in the strength of the molding material can be achieved. The cores can be hardened both after they have been fired with a core shooter in a microwave oven and by direct production in a special core shooter, as is described in DE 11 2016006377 T5. In the first case, the transport into the furnace represents an additional, error-prone process step. In the second case, however, a special core shooter is required, which represents a high investment barrier in practice.
Neben dem zuvor aufgezeigten Einsatz in warmhärtenden Verfahren werden insbesondere Phenol-Formaldehyd-Flarze mit Isocyanat-haltigen Flärtern im Cold-Box-Verfahren verfestigt, bei dem durch Aminbegasung eine nahezu schlagartige Durchhärtung des Formstoffs unter Ausbildung eines Polyurethan- Additionsprodukts erreicht wird und das sich besonders für einen automatisierten Kernherstellungsprozess eignet. Das Cold-Box-Verfahren ist in zahlreichen Druckschriften erläutert, wie zum Beispiel in der US 3409579 A, DE 2 162 137 A oder der DE 1 959023 A. In addition to the above-mentioned use in thermosetting processes, phenol-formaldehyde resins in particular are solidified with isocyanate-containing hardeners in the cold-box process, in which amine gassing results in an almost sudden hardening of the molding material with the formation of a polyurethane addition product, and this is particularly good suitable for an automated core manufacturing process. The cold box process is explained in numerous publications, for example in US 3409579 A, DE 2 162 137 A or DE 1 959023 A.
In der DE 102015 118428 A1 werden Phenol-Formaldehydharz-freie Bindemittel für Gießerei-Formsande und Formstoffgemische aus natürlichen und/oder keramischen Sanden mit diesen Bindemitteln offenbart. Das Bindemittel liegt dabei entweder als Einkomponenten-Bindemittel auf Polyurethan- und/oder Polyharnstoff-Basis, das für ein mehrphasig anwendbares Härtungsverfahren mittels Wasser-Alkoholgemischen geeignet ist, oder als Zweikomponenten-Bindemittel vor. Dieses Zweikomponenten- Bindemittel umfasst eine Komponente A mit einer durchschnittlichen Wasserstoff-Funktionalität von 2,0 bis 3,9 und mit einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von 450 bis 900 g/val der Edukte, wobei die Edukte der Komponente A Polyetheralkoholgemische aus Hydroxyl- und/oder Mercaptogruppen und/oder internen Stickstoff enthaltenden Einzelkomponenten darstellen, sowie eine Isocyanat-haltige Komponente B. Die Bindemittel sind aufgrund des Fehlens von Phenol-Formaldehyd-Harz und aromatischen Lösemitteln umweit- und gesundheitsneutral. Sie sind für Kern- und Formenherstellung in kaltselbsthärtenden (Pep-Set) und amingashärtenden (Cold-Box) Verfahren geeignet. DE 102015 118428 A1 discloses phenol-formaldehyde resin-free binders for foundry molding sands and molding material mixtures made from natural and / or ceramic sands with these binders. The binder is either a one-component binder based on polyurethane and / or polyurea, which is suitable for a multi-phase curing process using water-alcohol mixtures, or as a two-component binder. This two-component binder comprises a component A with an average hydrogen functionality of 2.0 to 3.9 and an average equivalent weight of 450 to 900 g / eq of the starting materials, the starting materials of component A being polyether alcohol mixtures of hydroxyl and / or Represent mercapto groups and / or internal nitrogen-containing individual components, and an isocyanate-containing component B. The binders are Environmentally and health-neutral due to the lack of phenol-formaldehyde resin and aromatic solvents. They are suitable for core and mold production in cold self-curing (Pep-Set) and amine-hardening (Cold-Box) processes.
Während Phenolharze im Cold-Box-Verfahren tertiäre gasförmige Amine als Katalysatoren nutzen, wird dieselbe Binderklasse beim Einsatz in kaltselbsthärtenden Verfahren mit flüssigen, Pyridin-basierten Katalysatoren gehärtet. Letztgenannte können auch in einem warmhärtenden Verfahren additiv eingesetzt werden. Recht wenig Aufmerksamkeit wurde vor diesem Hintergrund den blockierten, thermisch aktivierbaren Katalysatoren geschenkt, die einerseits durch ihre chemische Verkappung lange Formstoffverarbeitungszeiten ermöglichen und gleichzeitig eine sehr schnelle Formstoffhärtung bei thermischer Beaufschlagung erzielen. While phenolic resins use tertiary gaseous amines as catalysts in the cold box process, the same binder class is hardened with liquid, pyridine-based catalysts when used in cold, self-curing processes. The latter can also be used additively in a thermosetting process. Against this background, very little attention was paid to the blocked, thermally activated catalysts, which on the one hand enable long molding material processing times due to their chemical capping and at the same time achieve very rapid molding material hardening when exposed to heat.
Aus der Literatur sind verschiedene Möglichkeiten der Blockierung von Aminen bekannt. So erhält man aus der Kondensation primärer Amine mit Aldehyden oder Ketonen die entsprechenden Aldimine beziehungsweise Ketimine. Durch Hydrolyse werden die ursprünglich eingesetzten Amine wieder freigesetzt. Gemäß der WO 2014/040922 A1 können Aldimingruppen aufweisende blockierte Amine in zweikomponentigen Polyurethanzusammensetzungen für die Anwendung als Klebstoff, Dichtstoff, Beschichtung oder Vergussmasse verwendet werden. Various ways of blocking amines are known from the literature. The corresponding aldimines or ketimines are obtained from the condensation of primary amines with aldehydes or ketones. The amines originally used are released again through hydrolysis. According to WO 2014/040922 A1, blocked amines containing aldimine groups can be used in two-component polyurethane compositions for use as adhesives, sealants, coatings or potting compounds.
Werden latente Amine, insbesondere hydrolysierbare, blockierte Amine eingesetzt, können, wie in der WO 2009/080738 A1 erwähnt, problematische Emissionen aufgrund der sogenannten Abspaltungsprodukte auftreten. Diese aus Aldiminen oder Ketiminen entstehenden, flüchtigen Aldehyde und Ketone verursachen mitunter geruchsintensive und gesundheitsschädliche Dämpfe. If latent amines, in particular hydrolyzable, blocked amines, are used, as mentioned in WO 2009/080738 A1, problematic emissions can occur due to the so-called cleavage products. These volatile aldehydes and ketones, formed from aldimines or ketimines, sometimes cause odorous and harmful vapors.
In der US 3010963 A wurden quartäre Hydroxyalkylbasen von 1,4-Diazabicyclo-[2.2.2]-octan oder Imidazol oder deren Salzen zur Herstellung von Polyurethanschäumen beschrieben. In den Druckschriften DE 1 928475 A und DE 2404739 C2 wurde offenbart, dass dadurch eine höhere Verarbeitungssicherheit von Klebstoffen von Polyesterfasermaterialien sowie von Beschichtungsmitteln auf Basis von Polyisocyanaten und Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktiven Wasserstoffatomen erreicht werden konnte. In US 3010963 A, quaternary hydroxyalkyl bases of 1,4-diazabicyclo- [2.2.2] octane or imidazole or their salts were used for the production described by polyurethane foams. In the publications DE 1 928475 A and DE 2404739 C2 it was disclosed that a higher processing reliability of adhesives of polyester fiber materials and of coating compositions based on polyisocyanates and compounds with hydrogen atoms reactive towards isocyanate groups could be achieved.
Auch bei Epoxidharzen finden blockierte Amine Anwendung. So wird gemäß der WO 2019/081581 A1 eine längere Lagerstabilität einkomponentiger Epoxidharzzusammensetzungen erzielt. Blocked amines are also used in epoxy resins. According to WO 2019/081581 A1, one-component epoxy resin compositions have a longer shelf life.
Die EP 2864435 B1 beschreibt die Verwendung von Ketiminen, Enaminen, Oxazolidinen, Aldiminen und/oder Imidazolidinen als blockierte Aminkatalysatoren für feuchtigkeitshärtende Polymerzusammensetzungen auf Basis eines Trialkylsilan-terminierten schwefelhaltigen Polymers, welche als Dichtungsmittel zum Versiegeln einer Öffnung verwendet werden können. EP 2864435 B1 describes the use of ketimines, enamines, oxazolidines, aldimines and / or imidazolidines as blocked amine catalysts for moisture-curing polymer compositions based on a trialkylsilane-terminated sulfur-containing polymer, which can be used as a sealant for sealing an opening.
Ein sehr eleganter und zunehmend genutzter Ansatz besteht darin, tertiäre Amine durch Reaktion mit Carbonsäuren zu blockieren und auf diese Weise ein gut einstellbares wärmelatentes Katalysatorsystem zu erhalten. Als Amin- Katalysatoren mit verzögernder Wirkung werden solche Systeme zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen eingesetzt. Dies geht unter anderem aus den Druckschriften DE 69921 284 T2 und DE69926577 T2 hervor. A very elegant and increasingly used approach is to block tertiary amines by reacting with carboxylic acids and in this way to obtain an easily adjustable heat-latent catalyst system. Systems of this type are used as amine catalysts with a retarding effect for the production of polyurethane foams. This is evident from the publications DE 69921 284 T2 and DE69926577 T2, among others.
In der EP1 990387 A1 werden tertiäre Amingruppen enthaltende Katalysatoren für die Anwendung in Polyurethan-Heißschmelzklebstoffen beschrieben, mit denen das Verkleben von Weichmacher enthaltenden Kunststoffen realisiert werden kann. EP1 990387 A1 describes catalysts containing tertiary amine groups for use in polyurethane hotmelt adhesives with which plastics containing plasticizers can be bonded.
Die WO 2011/095440 A1 beschreibt die Verwendung blockierter tertiärer Amine, genauer gesagt 1 ,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU), 1,4- Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO) und/oder 1 ,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-en (DBN), als latente Katalysatoren, die bei Schalttemperaturen zwischen 30 und 60 °C beziehungsweise 80 bis 150 °C aktiviert werden, für die Herstellung von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, Polyurethan-Gießelastomeren sowie zur Herstellung von Sieben, Molchen, Rollen, Rädern, Walzen, Abstreifern, Platten, Zyklonen, Förderbändern, Rakeln, Kupplungen, Dichtungen, Bojen und Pumpen. In der WO 2012/080226 A1 werden ähnlich Produkte unter Verwendung von mit Monocarbonsäure blockierten Amidinen als latente Katalysatoren für Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte hergestellt. WO 2011/095440 A1 describes the use of blocked tertiary amines, more precisely 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en (DBU), 1,4- Diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO) and / or 1, 5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-en (DBN), as latent catalysts that operate at switching temperatures between 30 and 60 ° C or 80 to 150 ° C, for the production of polyisocyanate polyaddition products, polyurethane cast elastomers and for the production of screens, pigs, rollers, wheels, rollers, scrapers, plates, cyclones, conveyor belts, doctor blades, couplings, seals, buoys and pumps. In WO 2012/080226 A1, similar products are produced using amidines blocked with monocarboxylic acid as latent catalysts for polyisocyanate polyaddition products.
Thermolatente Katalysatoren auf Basis tertiärer Amine, die im Bereich von 50 bis 120 °C katalytisch wirksam werden, können in sogenannten Sheet Moulding Compounds zur Herstellung von Faserverbundbauteilen verwendet werden. Dies ist unter anderem auch aus der WO 2017/149031 A1 bekannt. Thermolatent catalysts based on tertiary amines, which are catalytically active in the range from 50 to 120 ° C, can be used in so-called sheet molding compounds for the production of fiber composite components. This is also known from WO 2017/149031 A1, among other things.
Die US 2891 025 A beschreibt quartäre Imidazoliumsalze, die als polymerisierbare Ausgangsstoffe dienen, welche in Form von Homo- und Co- Polymerprodukten Einsatz als Kunststoffe, Beschichtungen, Klebstoffe, Laminierungen, Gießharz oder faserbildende Materialien finden. No. 2,891,025 A describes quaternary imidazolium salts which serve as polymerizable starting materials which are used in the form of homo- and co-polymer products as plastics, coatings, adhesives, laminations, casting resins or fiber-forming materials.
In der US 2800487 A werden Polyoxyalkylen-substituierte heterocyclische Amine sowie deren Ammoniumsalze als oberflächenaktive Detergenzien beschrieben. No. 2,800,487 A describes polyoxyalkylene-substituted heterocyclic amines and their ammonium salts as surface-active detergents.
Die Herstellung und Anwendung latenter vierwertiger Zinn-Katalysatoren wird in der EP 2274092 B1 gezeigt. Sie stellen eine Alternative zu toxischen Quecksilberkatalysatoren dar und werden hauptsächlich zur Herstellung von Schäumen eingesetzt. Für Beschichtungen werden Zinn- oder Bismut- Katalysatoren, die mit einem Überschuss an Mercapto-Verbindungen komplexiert und somit blockiert werden, in W095/29007 A1 beschrieben. The production and use of latent tetravalent tin catalysts is shown in EP 2274092 B1. They represent an alternative to toxic mercury catalysts and are mainly used for the production of foams. For coatings, tin or bismuth catalysts, which are complexed with an excess of mercapto compounds and thus blocked, are described in WO95 / 29007 A1.
In der DE 102014 110 189 A1 wird ein Cold-Box-Bindemittel, bestehend aus Phenolharz, Polyisocyanat und einem blockierten tertiären Amin oder Amidin als Co-Katalysator beschrieben. Dieser Co-Katalysator wird nicht thermisch aktiviert, sondern entfaltet seine Wirkung im Zusammenspiel mit dem tertiären, leichtflüchtigen Amin, zum Beispiel Triethylamin, das als Katalysator nach dem Cold-Box-Verfahren genutzt wird. Dadurch lässt sich der Verbrauch des leichtflüchtigen Amins reduzieren. DE 102014 110 189 A1 describes a cold box binder consisting of Phenolic resin, polyisocyanate and a blocked tertiary amine or amidine described as a cocatalyst. This co-catalyst is not activated thermally, but develops its effect in conjunction with the tertiary, highly volatile amine, for example triethylamine, which is used as a catalyst according to the cold box process. This allows the consumption of the volatile amine to be reduced.
Die zuvor beschriebenen organischen Bindemittel bestehen weitestgehend aus Phenolharzen oder Furfurylalkohlen. Deren Monomere sind meistens giftig und/oder kanzerogen und werden bei der Verarbeitung, spätestens jedoch bei der thermischen Zersetzung während des Gusses freigesetzt und stellen mithin eine Belastung für die Mitarbeiter und die Umwelt dar. The organic binders described above consist largely of phenolic resins or furfuryl alcohols. Their monomers are mostly toxic and / or carcinogenic and are released during processing, but at the latest during thermal decomposition during casting, and therefore represent a burden for employees and the environment.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von Formstoffen mit Bindemittel und einem geeigneten, die Formstoff-Aushärtung unter Wärmezufuhr begünstigenden Katalysator zu entwickeln, das es erlaubt, den Formstoff durch moderaten thermischen Eintrag ähnlich dem Warm-Box- oder Warmluft-Verfahren zu härten und dabei schnelle Takt- und Ausschalzeiten zu erreichen, die denen des Amingas-härtenden Cold Box-Verfahrens nahe kommen. The object on which the invention is based is to develop a method for the production and processing of molded materials with a binder and a suitable catalyst which promotes hardening of the molded material with the supply of heat and which allows the molded material to be treated by means of moderate thermal input, similar to the warm box. or to cure hot air processes and achieve fast cycle and disconnection times that come close to those of the amine gas curing cold box process.
Ein weiteres Anliegen der Erfindung besteht in der Überwindung umweit- und arbeitsschutzrelevanter Nachteile, die sich aus der Verwendung von klassische organische Bindemittel enthaltenden Formstoffen ergeben, die im Warm/Hot- Box- und/oder Warm-/Heißluft-Verfahren gehärtet werden. Insbesondere betrifft dies die Vermeidung der Freisetzung von emissionsrelevanten Substanzen wie leichtflüchtige Verbindungen (VOC), Phenole, Formaldehyd oder hydrolytischen Spaltprodukten wie Aldehyde oder Ketone. Weiterhin ist es gewünscht, die Beaufschlagung des Formstoffs mit toxischen Amingasen zur Härtung zu vermeiden. Another concern of the invention is to overcome disadvantages relevant to the environment and occupational health and safety, which result from the use of molding materials containing classic organic binders, which are cured in the warm / hot box and / or warm / hot air process. In particular, this concerns the avoidance of the release of emission-relevant substances such as volatile compounds (VOC), phenols, formaldehyde or hydrolytic breakdown products such as aldehydes or ketones. It is also desirable to avoid exposing the molding material to toxic amine gases for curing.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den von Anspruch 1 abhängigenThe object of the invention is achieved with a method having the features of Claim 1 solved. Further developments are dependent on claim 1
Ansprüchen angegeben. Claims stated.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Kernen und Formen imThe inventive method for the production of cores and molds in
Sandformverfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte: Sand molding process includes at least the following steps:
A) Bereitstellen eines Formwerkzeuges mit einem das Gießformteil abbildenden Hohlraum, A) providing a molding tool with a cavity depicting the casting mold part,
B) Mischen des warmhärtenden Formstoffs, wobei der Formstoff mindestens aus folgenden Bestandteilen gebildet wird: B) Mixing the thermosetting molding material, the molding material being formed from at least the following components:
^ einem zweikomponentigen, phenol- und formaldehydfreien Bindemittel auf Polyurethan-Basis, enthaltend eine Harz-Komponente als Gemisch von zwei oder mehreren in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktiven Verbindungen mit Hydroxyl- und/oder Mercapto und/ oder Amino- und/oder Carbamidgruppen mit einer OH-, SH- und NH-Funktionalität von 1,5 bis 8 und Äquivalentgewichten von 9 bis 2000 g/val der Einzelbestandteile und einer durchschnittlichen H-Funktionalität von 1,8 bis 4,0 und einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von 90 bis 200 g/val der Harz-Komponente und eine Härter-Komponente mit einem oder mehreren Diisocyanaten oder Polyisocyanaten, ^ a two-component, phenol- and formaldehyde-free binder based on polyurethane, containing a resin component as a mixture of two or more isocyanate-hydrogen-active compounds with hydroxyl and / or mercapto and / or amino and / or carbamide groups with an OH -, SH and NH functionality of 1.5 to 8 and equivalent weights of 9 to 2000 g / eq of the individual components and an average H functionality of 1.8 to 4.0 and an average equivalent weight of 90 to 200 g / eq the resin component and a hardener component with one or more diisocyanates or polyisocyanates,
^ einem oder mehreren thermisch aktivierbaren Katalysatoren, deren Aktivierungstemperaturen zwischen 50 und 170 °C liegen, aufweisend die Polyurethan-Reaktion fördernde Brönsted-Basen und/oder Lewis- Säuren sowie ihre zugehörigen Blockierungsmittel, und ^ einem oder mehreren feuerfesten schüttfähigen Füllstoff/Füllstoffen,^ one or more thermally activatable catalysts, the activation temperatures of which are between 50 and 170 ° C, having the polyurethane reaction promoting Brönsted bases and / or Lewis acids and their associated blocking agents, and ^ one or more refractory pourable fillers / fillers,
C) Einbringen des Formstoffs in das Formwerkzeug, C) introducing the molding material into the molding tool,
D) Aushärten des warmhärtenden Formstoffs im Formwerkzeug im Warm- Box-Verfahren oder im Warmluft-Verfahren bei Temperaturen des heizbaren Formwerkzeugs oder der Warmluft zwischen 90 und 170 °C, vorzugsweise zwischen 100 und 130 °C, und D) curing of the thermosetting molding material in the molding tool in the hot box method or in the hot air method at temperatures of the heatable molding tool or the hot air between 90 and 170 ° C, preferably between 100 and 130 ° C, and
E) Entnahme des erzeugten Gießformteils aus dem Formwerkzeug. E) Removal of the mold part produced from the mold.
Das verwendete Formwerkzeug ist aus Kunststoff, Holz oder Metall gefertigt. Im Fall eines Kernkastens besteht dieser im Allgemeinen aus zwei Hälften, deren Hohlraum den Kern abbildet. Der Kern bildet den Hohlraum im Gussteil. The mold used is made of plastic, wood or metal. in the In the case of a core box, this generally consists of two halves, the cavity of which forms the core. The core forms the cavity in the casting.
Der warmhärtende Formstoff kann aus einem oder mehreren feuerfesten schüttfähigen Füllstoffen zu 95,9 bis 99,6 %, einem Bindemittel zu 0,3 bis 4,0 % sowie einem oder mehreren thermisch aktivierbaren Katalysatoren zu 0,002 bis 0,1 % in einem Chargen- oder Durchlaufmischer hergestellt werden. The thermosetting molding material can consist of one or more refractory, pourable fillers from 95.9 to 99.6%, a binder from 0.3 to 4.0% and one or more thermally activated catalysts from 0.002 to 0.1% in a batch or continuous mixers.
Das Einbringen des fließfähigen Formstoffs in das Formwerkzeug erfolgt vorteilhaft durch Druckluftbeaufschlagung, vorzugsweise bei 2 bis 6 bar, des mit dem Formwerkzeug temporär über geeignete Öffnungen verbundenen Vorratsgefäßes, in dem der Formstoff vorliegt. Alternativ kann der Formstoff durch manuelles Überführen und Verdichten in das Werkzeug eingebracht werden. The flowable molding material is advantageously introduced into the molding tool by applying compressed air, preferably at 2 to 6 bar, to the storage vessel in which the molding material is temporarily connected to the molding tool via suitable openings. Alternatively, the molding material can be introduced into the tool by manual transfer and compression.
Die Aushärtung des warmhärtenden Formstoffs im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform durch Heizen des verwendeten Formwerkzeugs auf 90 bis 170 °C oder Spülen des Formstoffs mit Warmluft von 90 bis 170 °C. Der Spüldruck beträgt dabei vorzugsweise 0,5 bis 6 bar. According to an advantageous embodiment, the thermosetting molding material is hardened in the process according to the invention by heating the molding tool used to 90 to 170.degree. C. or rinsing the molding material with hot air at 90 to 170.degree. The flushing pressure is preferably 0.5 to 6 bar.
Nach Aushärten des Gießformteils kann das Formwerkzeug maschinell oder händisch geöffnet und das Formteil über eine Vorrichtung oder per Hand entnommen werden. After the casting mold part has cured, the molding tool can be opened by machine or by hand and the mold part can be removed using a device or by hand.
Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren für die Zweikomponenten-Systeme in der Harz-Komponente ausgewogene Kombinationen verschiedener aliphatischer und/oder cycloaliphatischer, in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktiver Verbindungen eingesetzt, wobei es sich bei diesen Verbindungen um Polyetheralkohole, reaktive und nicht reaktive Polymerpolyole, Polycaprolactone, Polyetherpolyesteralkohole, Polythiole, Aminopolyetheralkohole, zwei- und höherfunktionelle Alkohole, Amine, Carbamid-Verbindungen handelt. Es werden zwei oder mehr Einzelkomponenten einer oder mehrerer dieser Substanzklassen in die Harzkomponente eingebracht. In the process according to the invention, balanced combinations of different aliphatic and / or cycloaliphatic compounds which are hydrogen-active with respect to isocyanate are preferably used for the two-component systems in the resin component, these compounds being polyether alcohols, reactive and non-reactive polymer polyols, polycaprolactones, polyether polyester alcohols , Polythiols, amino polyether alcohols, di- and higher-functional alcohols, amines, Carbamide compounds. Two or more individual components of one or more of these substance classes are incorporated into the resin component.
Um hohe Formstoff-Festigkeiten zu erzielen, haben sich Gemische von wasserstoffaktiven Verbindungen als vorteilig erwiesen. Die Auswahl und Kombination dieser in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktiven Verbindungen erfolgt deshalb in der Weise, dass deren Funktionalitäten und deren Äquivalentgewichte einen Gradienten abbilden. Dadurch wird eine optimale Vernetzung innerhalb des Polyadditionsproduktes erreicht, was für die Verarbeitungseigenschaften des damit vermischten Formstoffs und für die Klebwirkung zwischen den Sandpartikeln vorteilhaft ist. Als besonders geeignet haben sich dafür Harz-Komponenten mit einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von 90 bis 200 g/val, bezogen auf die wasserstoffaktiven Bestandteile herausgestellt. Dieses durchschnittliche Äquivalentgewicht berechnet sich aus dem prozentualen Gehalt an OH- und/oder SH- und/oder NH-Gruppen der Einzelkomponenten unter Berücksichtigung ihrer Massenanteile im Gemisch. In order to achieve high molding material strengths, mixtures of hydrogen-active compounds have proven to be advantageous. The selection and combination of these compounds, which are hydrogen-active with respect to isocyanate, are therefore made in such a way that their functionalities and their equivalent weights map a gradient. This achieves optimal crosslinking within the polyaddition product, which is advantageous for the processing properties of the molding material mixed with it and for the adhesive effect between the sand particles. Resin components with an average equivalent weight of 90 to 200 g / eq, based on the hydrogen-active constituents, have proven to be particularly suitable for this. This average equivalent weight is calculated from the percentage content of OH and / or SH and / or NH groups of the individual components, taking into account their proportions by mass in the mixture.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im erfindungsgemäßen Verfahren werden die Einzelbestandteile der Harz-Komponente so gewählt, dass eine durchschnittliche H-Funktionalität von 1 ,8 bis 4,0, vorzugsweise 2,2 bis 3,5 vorliegt. Für eine optimale Vernetzung hat sich die Kombination von zweifunktionellen mit höherfunktionellen Verbindungen als vorteilhaft erwiesen, wobei eine optimale Durchschnittsfunktionalität angestrebt wird. According to an advantageous embodiment in the process according to the invention, the individual constituents of the resin component are selected so that there is an average H functionality of 1.8 to 4.0, preferably 2.2 to 3.5. The combination of two-functional with higher-functional compounds has proven to be advantageous for optimal crosslinking, with an optimal average functionality being sought.
Als vernetzende Polyole für die Herstellung der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Harz-Komponente eignen sich insbesondere di-, tri- und tetra-funktionelle Polyetheralkohole. Solche Polyole sind zum BeispielDi-, tri- and tetra-functional polyether alcohols are particularly suitable as crosslinking polyols for the production of the resin component used in the process according to the invention. Such polyols are for example
Voranoie® von Dow Chemical®, Desmophene® von Covestro®, Lupranole® von BASF®, Isoter® von Coim®, Puranole® von Jiahua®, Lipoxole® von Sasol®, Polyglykole von Clariant®, Polyole von Perstorp®. Besonders geeignet sind beispielsweise die Voranoie® CP 260, CP 6055 und P400, die Desmophene® 1262 BD, 1300 BT, 1380 BT, 4051 B, 5031 BT, 21 AP25, die Lupranole® 1000/1 ,Voranoie® from Dow Chemical®, Desmophene® from Covestro®, Lupranole® from BASF®, Isoter® from Coim®, Puranole® from Jiahua®, Lipoxole® from Sasol®, polyglycols from Clariant®, polyols from Perstorp®. Are particularly suitable for example the Voranoie® CP 260, CP 6055 and P400, the Desmophene® 1262 BD, 1300 BT, 1380 BT, 4051 B, 5031 BT, 21 AP25, the Lupranole® 1000/1,
1100, 1200, 2070, 2090, 3300, 3423, 3424, 3902, die Isotere® 804SA, 803SA, 809SA, 840G, 860T, die Puranole R3776, F3020, G303, G305, TMP850 und die Polyole 3165, 3380, 4640, 4290. Als H-funktionelle schwefelhaltige Zusätze haben sich die Thioplast®-Typen der Firma Akzo Nobel® und die Thiocure®- Palette der Firma Bruno Bock bewährt. Geeignete Polycaprolactone sind beispielsweise Placcel® 205, 305 und 410 der Firma Daicel®, Durez® Ter S 1063-72 und S 2006-120 von Sumitoma Bakelite® oder Capa® 3031 , 3022 und 2043 von Ingevity®. Als NFI-funktionelle Verbindungen können1100, 1200, 2070, 2090, 3300, 3423, 3424, 3902, the Isotere® 804SA, 803SA, 809SA, 840G, 860T, the puranols R3776, F3020, G303, G305, TMP850 and the polyols 3165, 3380, 4640, 4290 The Thioplast® types from Akzo Nobel® and the Thiocure® range from Bruno Bock have proven themselves as H-functional sulfur-containing additives. Suitable polycaprolactones are, for example, Placcel® 205, 305 and 410 from Daicel®, Durez® Ter S 1063-72 and S 2006-120 from Sumitoma Bakelite® or Capa® 3031, 3022 and 2043 from Ingevity®. As NFI-functional compounds can
Polyetherdiamine wie Jeffamine® D-400 und D-230 von Fluntsman® oder auch einfache Strukturen wie Diglykolamin verwendet werden. Als mehrwertige kurzkettige Alkohole vorzugsweise mit einem maximalen Molgewicht von 200 g/mol kommen Diole wie Ethylenglykol, 1 ,3-Propandiol, 2-Butyl-2- ethylpropandiol, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, Neopentylglykol, 1 ,4-Butandiol, Diethylenglykol, 1 ,5-Pentandiol, 2,2,4-Trimethylpentan-1 ,3-diol, 3-Methyl-1 ,5- pentandiol, 2-Methyl-2,4-pentanediol, 1 ,6-Flexandiol und 2-Ethylhexan-1 ,3-diol, Triole wie Glycerin, Trimethylolpropan, Triethanolamin, Tetrole wie Pentaerythrit oder Di(trimethylolpropan) sowie Einfach- und Mehrfachzucker wie Glucose, Saccharose und Sorbit zum Einsatz. Polyether diamines such as Jeffamine® D-400 and D-230 from Fluntsman® or simple structures such as diglycolamine can be used. Polyhydric short-chain alcohols, preferably with a maximum molecular weight of 200 g / mol, are diols such as ethylene glycol, 1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethylpropanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, neopentyl glycol, 1,4-butanediol , Diethylene glycol, 1,5-pentanediol, 2,2,4-trimethylpentane-1,3-diol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,6-flexanediol and 2 -Ethylhexane-1,3-diol, triols such as glycerol, trimethylolpropane, triethanolamine, tetrols such as pentaerythritol or di (trimethylolpropane) as well as single and multiple sugars such as glucose, sucrose and sorbitol are used.
Je nach Zusammensetzung der Flarz- und Flärter-Komponenten und je nach gewünschter Verarbeitungszeit im Kern- und Formherstellungsprozess werden die Bindemittel mit oder ohne zusätzliche katalytische Unterstützung verarbeitet. Als Katalysatoren eignen sich Organozinn-, Organobismuth-, Organozink-, Organokalium- und Organoaluminiumverbindungen sowie tertiären beziehungsweise quartären Stickstoff enthaltende Substanzen wie Dimethylcyclohexylamin, N-substituierte Pyrrolidone, N-substituierte Imidazole, Diazabicyclooctan und Triazin-Derivate. Depending on the composition of the Flarz and Flärter components and the desired processing time in the core and mold manufacturing process, the binders are processed with or without additional catalytic support. Suitable catalysts are organotin, organobismuth, organozinc, organopotassium and organoaluminum compounds and also tertiary or quaternary nitrogen-containing substances such as dimethylcyclohexylamine, N-substituted pyrrolidones, N-substituted imidazoles, diazabicyclooctane and triazine derivatives.
Geeignete Metall-basierte Katalysatoren sind zum Beispiel die Kosmos®- und DABCO®-Typen von Evonik®, Katalysatoren von TIB®, K-Kat®-Produkte vonSuitable metal-based catalysts are, for example, the Kosmos® and DABCO® grades from Evonik®, catalysts from TIB®, K-Kat® products from
King Industries®, die Borchi® Kat-Reihe von Borchers® und Tytane® von Borica. Eine umfassende Auswahl an Katalysatoren mit tertiärem Stickstoff bieten dieKing Industries®, the Borchi® Kat range from Borchers® and Tytane® from Borica. The
BASF mit der Lupragen®-Reihe, Lanxess® mit Addocat®-Typen sowie Huntsmann® mit der Jeffcat®-Reihe an. BASF with the LupAGEN® series, Lanxess® with Addocat® types and Huntsmann® with the Jeffcat® series.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im erfindungsgemäßen Verfahren besteht die Härter-Komponente des Bindemittels des Formstoffs aus Gemischen eines oder mehrerer Isocyanate mit Verdünnern sowie die Verarbeitbarkeit gewährleistenden Zusätzen, wobei der Isocyanat-Anteil vorzugsweise im ausgeglichenen stöchiometrischen Verhältnis zu den wasserstoffaktiven Verbindungen der Harz-Komponente steht. According to an advantageous embodiment of the process according to the invention, the hardener component of the binder of the molding material consists of mixtures of one or more isocyanates with thinners and additives that ensure processability, the isocyanate content preferably being in a balanced stoichiometric ratio to the hydrogen-active compounds of the resin component.
Als Isocyanate der Härter-Komponente des erfindungsgemäßen Formstoffs eignen sich Oligomere oder polymere Derivate vom Grundtyp des 2,4'- und 4,4'- Diphenylmethan-Diisocyanates und/oder Oligomere oder polymere Varianten vom Typ des 2,4'- und 4,4'-Dicyclohexylmethan-Diisocyanates und/oder oligomere oder polymere Derivate des Hexamethylen-Diisocyanates mit gegebenenfalls ganz oder partiell blockierten Isocyanatgruppen und/oder Isophorondiisocyanat und/oder dessen Derivate, außerdem die in einem Prepolymer-Verfahren dargestellten aromatischen, aliphatischen und cycloaliphatischen Isocyanate sowie deren Oligomere und Polymere. Oligomere und polymere Derivate von Isocyanaten sind u.a. Carbodiimide, Isocyanurate, Biurete, Uretdione und Uretonimine. Gängige Blockierungsmittel für Isocyanate, die in unter Wärmeeinwirkung wieder abgespalten werden können, sind Phenol, Kresol, Acetessigester, Malonsäurediethylester, e-Caprolactam und Butanonoxim. Vorzugsweise haben die Isocyanate mindestens die Funktionalität 2 und liegen bei Raumtemperatur flüssig vor. Suitable isocyanates of the hardener component of the molding material according to the invention are oligomers or polymeric derivatives of the basic type of 2,4'- and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and / or oligomers or polymeric variants of the type of 2,4'- and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and / or oligomeric or polymeric derivatives of hexamethylene diisocyanate with optionally completely or partially blocked isocyanate groups and / or isophorone diisocyanate and / or its derivatives, as well as the aromatic, aliphatic and cycloaliphatic isocyanates prepared in a prepolymer process and their Oligomers and polymers. Oligomeric and polymeric derivatives of isocyanates include carbodiimides, isocyanurates, biurets, uretdiones and uretonimines. Common blocking agents for isocyanates, which can be split off again under the action of heat, are phenol, cresol, acetoacetic ester, diethyl malonate, e-caprolactam and butanone oxime. The isocyanates preferably have at least functionality 2 and are liquid at room temperature.
Die vorgenannten Prepolymere werden durch eine Vorvernetzung von einem stöchiometrischen Unterschuss an di- oder mehrfunktionellen Polyolen mit geeigneten aliphatischen und/oder aromatischen und/oder cycloaliphatischen Isocyanaten hergestellt, wobei vorzugsweise ein Restgehalt an freien Isocyanatgruppen zwischen 5 und 35 %, besonders bevorzugt zwischen 6 und 30 %, resultiert. Weiterhin müssen solche Prepolymere eine verarbeitungsfreundliche Viskosität haben, die eine gute Durchmischung mit dem Formgrundstoff gewährleistet und daher maximal 900 mPas, vorzugsweise aber 300 bis 600 mPas, bei 20 °C beträgt. Alle im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung angegebenen Viskositäten wurden mit einem Rotationsviskosimeter gemäß DIN 53019 ermittelt. The aforementioned prepolymers are made by a pre-crosslinking of a stoichiometric deficit of di- or polyfunctional polyols with suitable aliphatic and / or aromatic and / or cycloaliphatic Isocyanates produced, with a residual content of free isocyanate groups between 5 and 35%, particularly preferably between 6 and 30%, preferably resulting. Furthermore, such prepolymers must have a processing-friendly viscosity which ensures thorough mixing with the basic molding material and is therefore a maximum of 900 mPas, but preferably 300 to 600 mPas, at 20 ° C. All viscosities specified in connection with the present invention were determined using a rotary viscometer in accordance with DIN 53019.
Geeignete Isocyanate für Bindemittel des Formstoffs im erfindungsgemäßen Verfahren sind unter anderem Lupranate® aus der Produktpalette der Firma BASF®, Desmodur®-Typen von der Firma Covestro®, Voranate® und Isonate® der Firma Dow Chemical®, Vestanate® der Firma Evonik®, die Suprasec®- Reihe von Fluntsman®, Tolonate® der Firma Vencorex®, Polurene® und Flydrorene® von Sapici® oder auch Ongronate® der Firma Wanhua®. Zu den oben genannten geeigneten Isocyanaten zählen insbesondere Lupranat® M 70 R, Lupranat MM® 103, Lupranat M® 105, Lupranat® MIP, Lupranat® M 10 R, Lupranat® M 20 S, Desmodur® 44 V 70 L, Desmodur® 44 V 20 L, Desmodur® CD-S, Desmodur® DN, Desmodur® I, Desmodur® W/1 , Vestanat® IPDI, Vestanat® H12MDI, Vestanat® TMDI, Vestanat® HT 2500/LV, Suprasec® 2030, Suprasec® 2085, Tolonate® HDB LV, Tolonate® HDT LV, Ongronat® 3800, Ongronat® CR-30-20, Ongronat® CR-30-40, Ongronat® CR-30-60. Suitable isocyanates for binders of the molding material in the process according to the invention include Lupranate® from the product range from BASF®, Desmodur® types from Covestro®, Voranate® and Isonate® from Dow Chemical®, Vestanate® from Evonik®, the Suprasec® series from Fluntsman®, Tolonate® from Vencorex®, Polurene® and Flydrorene® from Sapici® or Ongronate® from Wanhua®. The above-mentioned suitable isocyanates include in particular Lupranat® M 70 R, Lupranat MM® 103, Lupranat M® 105, Lupranat® MIP, Lupranat® M 10 R, Lupranat® M 20 S, Desmodur® 44 V 70 L, Desmodur® 44 V 20 L, Desmodur® CD-S, Desmodur® DN, Desmodur® I, Desmodur® W / 1, Vestanat® IPDI, Vestanat® H12MDI, Vestanat® TMDI, Vestanat® HT 2500 / LV, Suprasec® 2030, Suprasec® 2085 , Tolonate® HDB LV, Tolonate® HDT LV, Ongronat® 3800, Ongronat® CR-30-20, Ongronat® CR-30-40, Ongronat® CR-30-60.
Die Bindemittelkomponenten, also Harz und Härter, der im erfindungsgemäßen Verfahren genutzten Formstoffe sind mit dem Ziel einer guten Verarbeitbarkeit vorzugsweise durch Verdünner ergänzt. Solche Verdünner sind zum Beispiel Fettsäureester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, wie Umesterungsprodukte von Pflanzenölen, vor allem deren Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl- und Isobutylester. Weiterhin geeignet sind synthetische Mono-, Di- und Tricarbonsäureester, Organosilikate, Sulfonsäureester und/oder weitgehend aromatenfreie Fraktionen aus der Erdölaufbereitung, Phosphorsäureester, cyclische und nicht-cyclische Carbonate und/oder nicht hydroxy-funktionell endständige Polyether. The binder components, ie resin and hardener, of the molding materials used in the process according to the invention are preferably supplemented by thinners with the aim of good processability. Such thinners are, for example, fatty acid esters based on renewable raw materials, such as transesterification products from vegetable oils, especially their methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl and isobutyl esters. Synthetic mono-, di- and tricarboxylic acid esters, organosilicates, sulfonic acid esters and / or largely are also suitable aromatic-free fractions from petroleum processing, phosphoric acid esters, cyclic and non-cyclic carbonates and / or non-hydroxy-functional terminal polyethers.
Beispiele für Fettsäureester aus natürlichen Ölen sind der Rapsmethylester von Giencore oder anderen etablierten Biodieselherstellern, die Palm- undExamples of fatty acid esters from natural oils are the rapeseed methyl ester from Giencore or other established biodiesel manufacturers, the palm and
Sojamethylester der Firma Cremer, die Priolube®-Typen der Firma Croda®, die DUB®-Produkte von Stearinerie Dubois®, sowie die RADIA®-Ester der Firma Oleon®. Für die Anwendungsmöglichkeiten synthetischer Carbonsäureester stehen die Produktpaletten der Oxsoft®- und Oxblue®-Ester der Firma Oxea®, Softenol®-Ester der Firma Sasol®, die Jayflex®-Produkte von Exxon®, die mit Freeflex® bezeichneten Dibenzoatester von Caffaro® oder Weichmacher derSoy methyl ester from Cremer, the Priolube® types from Croda®, the DUB® products from Stearinerie Dubois®, and the RADIA® esters from Oleon®. The product ranges of Oxsoft® and Oxblue® esters from Oxea®, Softenol® esters from Sasol®, Jayflex® products from Exxon®, the dibenzoate esters labeled Freeflex® from Caffaro® or are available for the application possibilities of synthetic carboxylic acid esters Plasticizer the
BASF®, wie Flexamoll® DINCFI oder Plastomoll® zur Verfügung. Geeignete Organosilikate, insbesondere Alkylsilikate und Alkylsilikatoligomere, sind zum Beispiel Tetraethylsilikat, Tetra-n-propylsilikat, sowie Mono-, Di- undBASF®, such as Flexamoll® DINCFI or Plastomoll® are available. Suitable organosilicates, in particular alkyl silicates and alkyl silicate oligomers, are, for example, tetraethyl silicate, tetra-n-propyl silicate, as well as mono-, di- and
Trialkylsilikate der Firmen Wacker®, Evonik® und Dow Corning®. Trialkyl silicates from Wacker®, Evonik® and Dow Corning®.
Zur Beschleunigung der Polyurethan-Reaktion von Flarz und Flärter können im erfindungsgemäßen Verfahren thermisch aktivierbare Amin-Katalysatoren und/oder Metall-basierte Katalysatoren zur Flärtung des Formstoffs in einer beheizten Kernbüchse nach dem Warm-Box-Verfahren oder in der unbeheizten Kernbüchse durch Warmlufteintrag eingesetzt werden. Diese werden dann als Teil der Flarz-Kom ponente in dieser vorgelegt und/oder können als Einzelkomponente zum Formstoff hinzugefügt werden. Ein thermisch aktivierbarer Katalysator setzt die katalytisch aktive Spezies bei Temperaturen von 50 bis 170 °C frei. Die dadurch initiierte Polyurethan-Reaktion des zweikomponentigen Bindemittels sorgt für eine sofortige Flärtung des Formstoffs und ermöglicht die unmittelbare Entnahme des gehärteten Formstoffs aus der Kernbüchse. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei um ein vielfaches höher als mit anderen gängigen Polyurethan-Katalysatoren oder ganz ohne Katalysator. Im Gegensatz zu den gängigen Katalysatoren bleibt bei Verwendung thermolabiler Katalysatoren die verarbeitungsoffene Zeit bei Raumtemperatur weitgehend unbeeinflusst. To accelerate the polyurethane reaction of Flarz and Flärter, thermally activatable amine catalysts and / or metal-based catalysts can be used in the process according to the invention to harden the molding material in a heated core box according to the warm box process or in the unheated core box by introducing warm air . These are then presented as part of the Flarz component in this and / or can be added to the molding material as an individual component. A thermally activated catalyst releases the catalytically active species at temperatures of 50 to 170 ° C. The resulting polyurethane reaction of the two-component binder ensures immediate hardening of the molding material and enables the hardened molding material to be removed from the core box. The reaction rate is many times higher than with other common polyurethane catalysts or without a catalyst at all. In contrast to the common catalysts, remains with Use of thermally unstable catalysts largely unaffected the processing time at room temperature.
Die thermisch aktivierbaren Katalysatoren weisen als katalytisch wirksame, thermisch freisetzbare tertiäre Amine beispielsweise 1,8- Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU), 1 ,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO), Bis(2-dimethylaminoethyl)ether, Imidazol-, Piperazin-, Guanidin- oder Morpholin-Derivate auf. Mögliche Säuren zur Blockierung sind dabei Monocarbonsäuren wie Ameisensäure, Dichloressigsäure, Trifluoressigsäure oder 2-Ethylhexansäure, Dicarbonsäuren wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Korksäure und Hydroxycarbonsäuren wie Zitronensäure oder Salicylsäure. Komplexe thermisch freisetzbare Katalysatoren sind meist Addukte aus tertiären Aminen mit kurzkettigen Diolen wie Ethylenglykol und Carbonsäureanhydriden wie Phthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid oder Bernsteinsäureanhydrid. The thermally activated catalysts have, for example, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en (DBU), 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO), bis ( 2-dimethylaminoethyl) ether, imidazole, piperazine, guanidine or morpholine derivatives. Possible acids for blocking are monocarboxylic acids such as formic acid, dichloroacetic acid, trifluoroacetic acid or 2-ethylhexanoic acid, dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, suberic acid and hydroxycarboxylic acids such as citric acid or salicylic acid. Complex thermally releasable catalysts are usually adducts of tertiary amines with short-chain diols such as ethylene glycol and carboxylic acid anhydrides such as phthalic anhydride, maleic anhydride or succinic anhydride.
Als quartäre Ammoniumsalze, die durch Wärmeeinwirkung tertiäre Amine freisetzen, eignen sich zum Beispiel Cholin und seine Derivate. Im Weiteren können auch Reaktionsprodukte aus cyclischen Carbonsäureanhydriden und Diaminen wie N,N-Dimethylethylendiamin genutzt werden. Choline and its derivatives, for example, are suitable as quaternary ammonium salts which release tertiary amines when exposed to heat. Furthermore, reaction products from cyclic carboxylic acid anhydrides and diamines such as N, N-dimethylethylenediamine can also be used.
Typische latente Katalysatoren sind beispielsweise blockierte Amin- und Amidin- Katalysatoren der Hersteller Evonik® wie Polycat® SA 1/10, SA 2 LE, SA 4 und SA-8, Dabco® KTM 60, Tosoh® z.B. Toyocat® DB 2, DB 30, DB 31, DB 40, DBTypical latent catalysts are, for example, blocked amine and amidine catalysts from Evonik® such as Polycat® SA 1/10, SA 2 LE, SA 4 and SA-8, Dabco® KTM 60, Tosoh® e.g. Toyocat® DB 2, DB 30 , DB 31, DB 40, DB
41, DB 42, DB 60, DB 70, Huntsman®, z.B. Accelerator DY 9577, und Nitroil®, zum Beispiel PC Cat Q8, PC Cat Q7-2, PC Cat NP93, PC Cat DBU TA.41, DB 42, DB 60, DB 70, Huntsman®, e.g. Accelerator DY 9577, and Nitroil®, e.g. PC Cat Q8, PC Cat Q7-2, PC Cat NP93, PC Cat DBU TA.
Beispiele für Metall-basierte, latente Katalysatoren bietet die Thorcat®-Reihe der Firma Thor Especialidades®. Es können aber auch alle weiteren, latenten Katalysatoren aus der Polyurethan-Chemie mit einer sogenannten Schalttemperatur von 50 °C bis 170 °C eingesetzt werden. Die Herstellung der Harz- oder Härter-Kom ponente des Bindemittels erfolgt durch intensive Vermischung der Einzelbestandteile bei Raumtemperatur und unter Feuchtigkeitsausschluss. Die Komponenten werden mit verarbeitungsfreundlichen Viskositäten von 200 bis 600 mPas bei 20 °C für die Harz-Komponente und 200 bis 500 mPas bei 20 °C für die Härter-Kom ponente erhalten. Die Harz-Komponente des Bindemittels weist 50 bis 100 %, bevorzugt 70 bis 90 % wasserstoffaktive Verbindungen und die Härter-Kom ponente des Bindemittels 50 bis 100 %, bevorzugt 80 bis 95 % Polyisocyanate auf. Examples of metal-based, latent catalysts are offered by the Thorcat® series from Thor Especialidades®. However, all other latent catalysts from polyurethane chemistry with a so-called switching temperature of 50 ° C to 170 ° C can also be used. The resin or hardener component of the binder is produced by intensive mixing of the individual components at room temperature and with the exclusion of moisture. The components are obtained with processing-friendly viscosities of 200 to 600 mPas at 20 ° C for the resin component and 200 to 500 mPas at 20 ° C for the hardener component. The resin component of the binder has 50 to 100%, preferably 70 to 90% hydrogen-active compounds and the hardener component of the binder 50 to 100%, preferably 80 to 95% polyisocyanates.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Herstellung des Formstoffs die beschriebenen Zweikomponenten-Bindemittel in Kombination mit feuerfesten und schüttfähigen Füllstoffen gemischt. Diese natürlichen und keramischen Gießereisande werden gemeinhin auch als Formgrundstoffe bezeichnet. Sie umfassen Quarzsande verschiedener Herkunft und Kornform, Chromitsand, Zirkonsand, Olivinsand, R-Sand, Magnesia, Alkali- und Erdalkali-Halogenide,In the process according to the invention, the two-component binders described are mixed in combination with refractory and pourable fillers to produce the molding material. These natural and ceramic foundry sands are commonly referred to as basic mold materials. They include quartz sands of various origins and grain shapes, chromite sand, zircon sand, olivine sand, R-sand, magnesia, alkali and alkaline earth halides,
Aluminiumsilikate, wie J-Sand und Kerphalite®, synthetische Sande wieAluminum silicates such as J-sand and Kerphalite®, synthetic sands such as
Cerabeads®, Schamotte, M-Sand, Alodur®, Bauxitsand, Siliciumcarbid, Bläh- und Schaumgläser, Flugasche und andere Spezialsande. Dabei liegt die bevorzugte mittlere Korngröße zwischen 0,1 und 0,9 mm. Der Bindemittel- und Katalysatorgehalt im Formstoff kann dabei unter Beachtung des jeweiligen Kornspektrums sowie des spezifischen Sandgewichtes optimiert werden und wird vorzugsweise zwischen 0,3 und 4,0 %, bezogen auf den Formgrundstoff, und 0,1 bis 2,5 % thermisch-aktivierbaren Katalysators, bezogen auf die Harz- Komponente, eingestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf diese Einstellungen und Mengen beschränkt. Cerabeads®, chamotte, M-sand, Alodur®, bauxite sand, silicon carbide, expanded and foam glasses, fly ash and other special sands. The preferred mean grain size is between 0.1 and 0.9 mm. The binder and catalyst content in the molding material can be optimized, taking into account the respective grain spectrum and the specific sand weight, and is preferably between 0.3 and 4.0%, based on the basic molding material, and 0.1 to 2.5% thermally activated Catalyst, based on the resin component, adjusted. The method according to the invention is not restricted to these settings and amounts.
Die Harz- und Härter-Kom ponente des Bindemittels können in Abhängigkeit von der jeweiligen Rezeptur im Mischungsverhältnis 2,5:1 bis 1 :2,5 eingebracht werden. Für die praktische Anwendung im Gießereibetrieb hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, die Bindemittelsysteme so zu formulieren, dass sie im Mischungsverhältnis 1 :1 bezogen auf die Masse eingesetzt werden können. Nachteile der bisherigen Hot-Box- und Warm-Box-Bindersysteme, wie frei werdende Formaldehyd- und Phenol- beziehungsweise Furfurylalkohol-Dämpfe bei der Kernherstellung oder durch eine Kondensationsreaktion freigesetztes, störendes Wasser, werden bei Verwendung der für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehenen Formstoffmischung vermieden. The resin and hardener components of the binder can be added in a mixing ratio of 2.5: 1 to 1: 2.5, depending on the respective recipe. For practical use in foundries, however, it has proven to be useful to formulate the binder systems in such a way that they can be used in a mixing ratio of 1: 1 based on the mass. Disadvantages of the previous hot box and warm box binder systems, such as formaldehyde and phenol or furfuryl alcohol vapors released during core production or disruptive water released by a condensation reaction, are avoided when using the molding material mixture provided for the process according to the invention.
Beim Cold-Box-Prozess ist insbesondere das eingesetzte toxische Amingas ein erheblicher Verfahrensnachteil. Die entsprechenden Apparaturen müssen mit aufwendiger Lüftungstechnik versehen werden. Das Amingas reagiert als Reaktionspromotor nicht mit dem Formstoff ab und muss deshalb kontinuierlich durch einen Aminwäscher aus dem Prozess entfernt werden. Die vorliegende Erfindung weist diese Nachteile nicht auf. Sie ermöglicht eine schnelle Formstoffhärtung, zum Beispiel für die Kernherstellung, ohne dabei gasförmige Amine wie beim Cold-Box-Verfahren einsetzen zu müssen. In the cold box process, the toxic amine gas used in particular is a considerable procedural disadvantage. The corresponding equipment must be equipped with complex ventilation technology. As a reaction promoter, the amine gas does not react with the molding material and must therefore be continuously removed from the process by an amine scrubber. The present invention does not have these disadvantages. It enables the mold material to harden quickly, for example for core production, without having to use gaseous amines as in the cold box process.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die innovative Technologie der Freisetzung von chemisch-verkappten Katalysatoren durch Wärmeeintrag eingesetzt. Dies führt zur schnellen, thermisch induzierten Härtung von Polyurethan- und/oder Polyharnstoff-Bindemitteln im Formstoff und ermöglicht damit die Formteil-Herstellung in kurzen Taktzeiten. In the process according to the invention, the innovative technology of the release of chemically masked catalysts through the introduction of heat is used. This leads to the rapid, thermally induced curing of polyurethane and / or polyurea binders in the molding material and thus enables molded parts to be produced in short cycle times.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren genutzte Bindemittel zur Formstoffherstellung beinhaltet weiterhin keine gesundheitsschädlichen aromatischer Lösemittel. Es werden stattdessen Fettsäureester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, synthetische Carbonsäureester, aliphatische Carbonate und/oder organische Siliziumverbindungen verwendet, die vorzugsweise keine leichtflüchtigen Komponenten beinhalten. The binder used in the process according to the invention for the production of molding materials furthermore does not contain any harmful aromatic solvents. Instead, fatty acid esters based on renewable raw materials, synthetic carboxylic acid esters, aliphatic carbonates and / or organic silicon compounds are used, which preferably do not contain any volatile components.
Die Bindemittel sowie die Formstoffe selbst weisen vorteilhafte Verarbeitungseigenschaften wie Geruchlosigkeit, niedrigen Dampfdruck, geringe Viskosität, gute Fließfähigkeit, einstellbare Aushärtungsgeschwindigkeit sowie hohe Biegefestigkeiten auf. Die mit den beschriebenen Formstoffen hergestellten Kerne und Formen weisen unter Gussbedingungen eine geringe Fehlerneigung und einen guten Zerfall auf. Beim Abguss sind zudem die Emissionen an flüchtigen organischen Verbindungen, wie aromatischen Kohlenwasserstoffen und Formaldehyd, im Vergleich zu Phenol-Formaldehyd- Flarz- und Furanharz-basierten Bindemitteln deutlich reduziert. The binders and the molding materials themselves have advantageous processing properties such as odorlessness, low vapor pressure, low viscosity, good flowability, adjustable curing speed and high flexural strengths. The ones with the molding materials described The cores and molds produced have a low tendency to defects and good disintegration under casting conditions. During casting, the emissions of volatile organic compounds such as aromatic hydrocarbons and formaldehyde are significantly reduced compared to binders based on phenol-formaldehyde, resin and furan resin.
Aufgrund dieser Vorteile und den durch Wärmeeintrag erzielten sehr kurzen Aushärtungszeiten stellt das erfindungsgemäße Verfahren zur Formstoffverarbeitung mithin einen wichtigen Beitrag zu einer emissionsarmen und hochproduktiven Gießerei dar. Due to these advantages and the very short curing times achieved through the introduction of heat, the method according to the invention for processing molding materials makes an important contribution to a low-emission and highly productive foundry.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Further details, features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments.
Die Versuchsbedingungen sind an das VDG-Merkblatt P71 angelehnt. Zur Fierstellung von Formstoffmischungen der nachstehenden Bindemittel-Beispiele wurde Quarzsand H31 mit 1,6 % Bindemittel, wovon je 0,8 % Flarz und Flärter sind, und einer Tabelle 1 zu entnehmende Mengen an thermisch aktivierbaren Katalysatoren, bezogen auf die Flarz-Menge, verwendet. Diese Formstoffmischungen wurden in einem Labormischer 60 bis 120 Sekunden lang gerührt, anschließend mit einer Prüfkörperschießmaschine PLS bei 4 bar Schießdruck in die beheizbare Kernbüchse PBH der Firma GF DISA AG geschossen und unter Wärmeeintrag durch die Kernbüchse beziehungsweise durch Einleiten erwärmter Luft gehärtet. Von den so erhaltenen Prüfkörpern mit den Maßen 22,4 x 22,4 x 175 mm wurden die zughörigen Formstoff- Festigkeiten mit dem Universalfestigkeitsprüfapparat LRu-2e der Firma Multiserw zeitabhängig bestimmt. The test conditions are based on the VDG leaflet P71. Quartz sand H31 with 1.6% binder, 0.8% each of which is Flarz and Flärter, and amounts of thermally activated catalysts based on the amount of Flarz, as shown in Table 1, were used to produce molding material mixtures for the binder examples below . These molding material mixtures were stirred in a laboratory mixer for 60 to 120 seconds, then shot with a PLS test body shooting machine at 4 bar shooting pressure into the heatable PBH core box from GF DISA AG and hardened with the introduction of heat through the core box or by introducing heated air. The associated molding material strengths of the test specimens obtained in this way with the dimensions 22.4 x 22.4 x 175 mm were determined as a function of time using the multi-purpose LRu-2e universal strength tester from Multiserw.
Im Folgenden sind die Zusammensetzungen der verwendeten Bindemittel dargestellt. Alle prozentualen Angaben [%] in dieser Schrift sind stets als Gewichtsprozent zu verstehen, es sei denn, es wird eine hiervon abweichende Definition im erläuternden Text vorgenommen. The compositions of the binders used are shown below. All percentages [%] in this document are always to be understood as percentages by weight, unless there is a deviating from this Definition made in the explanatory text.
Beispiel 1: Example 1:
Beispiel 2: Beispiel 3: Example 2: Example 3:
Beispiel 4: Example 4:
Beispiel 5: Example 5:
Beispiel 6: Example 6:
Beispiel 7: Example 7:
Vergleichsbeispiel 1 (nicht erfindungsgemäß): Comparative example 1 (not according to the invention):
Vergleichsbeispiel 2 (nicht erfindungsgemäß): Comparative example 2 (not according to the invention):
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Versuchsergebnisse mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen und nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispielen V1 und V2 dargelegt. Aus den Daten ist zu entnehmen, dass ein thermisch aktivierbarer Katalysator unbedingt notwendig ist, um geringe Aushärtezeiten zu erhalten. Bereits nach vollständiger Abkühlung der Prüfkörper (1 -Stunde-Wert) ist die Endfestigkeit (24-Stunden-Wert) in den meisten Fällen nahezu erreicht. Die Vergleichsbeispiele V1 und V2 zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht für Phenol-Formaldehyd-Harz-basierte Bindemittel geeignet ist. Der Pep-Set-Binder V1 benötigt deutlich längere Aushärtungszeiten als die erfindungsgemäßen Varianten. Bei Vergleichsbinder 2 handelt es sich um ein klassisches Cold-Box-Bindemittel. Die Formstoffe mit dem Vergleichsbinder 2 sind nicht warmhärtbar. Vermutlich inhibieren Additive im Bindemittel eine Reaktion des thermolatenten Katalysators. Table 1 below shows the test results with the exemplary embodiments described and comparative examples V1 and V2 not according to the invention. From the data it can be seen that a thermally activatable catalyst is absolutely necessary in order to achieve short curing times. After the test specimens have cooled down completely (1 hour value), the final strength (24 hour value) is almost reached in most cases. Comparative examples C1 and C2 show that the process according to the invention is not suitable for phenol-formaldehyde resin-based binders. The Pep-Set-Binder V1 requires significantly longer curing times than the variants according to the invention. Comparative binder 2 is a classic cold box binder. The molding materials with the comparative binder 2 are not heat-curable. Presumably, additives in the binder inhibit a reaction of the thermolatent catalyst.
Tabelle 1 Table 1
* keine Aushärtung * no hardening
Liste von in den Tabellen verwendeten Abkürzungen (ohne chemische Formelzeichen) List of abbreviations used in the tables (without chemical symbols)
DABCO Diazabicyclo[2.2.2]octan DABCO diazabicyclo [2.2.2] octane
DBU 1 ,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en DBU 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-en
H31 Halterner Quarzsandsorte (Korngrößenbereich) H31 Halterner type of quartz sand (grain size range)
HDI Hexamethylendiisocyanat HDI hexamethylene diisocyanate
MDI Diphenylmethandiisocyanat MDI diphenylmethane diisocyanate
MG Molekulargewicht in [g/mol] MG molecular weight in [g / mol]
WB Warm -Box WB warm box
WL Warmluft WL warm air

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Kernen und Formen im Sandformverfahren, umfassend mindestens folgende Schritte: 1. A process for the production of cores and molds in the sand molding process, comprising at least the following steps:
A) Bereitstellen eines Formwerkzeuges mit einem das Gießformteil abbildenden Hohlraum, A) providing a molding tool with a cavity depicting the casting mold part,
B) Mischen des warmhärtenden Formstoffs, wobei der Formstoff mindestens aus folgenden Bestandteilen gebildet wird: B) Mixing the thermosetting molding material, the molding material being formed from at least the following components:
^ einem zweikomponentigen, phenol- und formaldehydfreien Bindemittel auf Polyurethan-Basis, enthaltend eine Harz-Komponente als Gemisch von zwei oder mehreren in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktiven Verbindungen mit Hydroxyl- und/oder Mercapto und/ oder Amino- und/oder Carbamidgruppen mit einer OH-, SH- und NH-Funktionalität von 1,5 bis 8 und Äquivalentgewichten von 9 bis 2000 g/val der Einzelbestandteile und einer durchschnittlichen H- Funktionalität von 1,8 bis 4,0 und einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von 90 bis 200 g/val der Harz-Komponente und eine Härter-Kom ponente mit einem oder mehreren Diisocyanaten oder Polyisocyanaten, ^ a two-component, phenol- and formaldehyde-free binder based on polyurethane, containing a resin component as a mixture of two or more isocyanate-hydrogen-active compounds with hydroxyl and / or mercapto and / or amino and / or carbamide groups with an OH -, SH and NH functionality of 1.5 to 8 and equivalent weights of 9 to 2000 g / eq of the individual components and an average H functionality of 1.8 to 4.0 and an average equivalent weight of 90 to 200 g / eq the resin component and a hardener component with one or more diisocyanates or polyisocyanates,
^ einem oder mehreren thermisch aktivierbaren Katalysatoren, deren Aktivierungstemperaturen zwischen 50 und 170 °C liegen, aufweisend die Polyurethan-Reaktion fördernde Brönsted-Basen und/oder Lewis-Säuren sowie ihre zugehörigen Blockierungsmittel, und ^ one or more thermally activatable catalysts, the activation temperatures of which are between 50 and 170 ° C, having the polyurethane reaction promoting Brönsted bases and / or Lewis acids and their associated blocking agents, and
^ einem oder mehreren feuerfesten schüttfähigen Füllstoff/Füllstoffen,^ one or more refractory free-flowing fillers,
C) Einbringen des Formstoffs in das Formwerkzeug, C) introducing the molding material into the molding tool,
D) Aushärten des warmhärtenden Formstoffs im Formwerkzeug im Warm-Box-Verfahren oder im Warmluft-Verfahren bei Temperaturen des heizbaren Formwerkzeugs oder der Warmluft zwischen 90 und 170 °C, vorzugsweise zwischen 100 und 130 °C, und D) curing the thermosetting molding material in the molding tool in the warm box method or in the hot air method at temperatures of the heatable molding tool or the hot air between 90 and 170 ° C, preferably between 100 and 130 ° C, and
E) Entnahme des erzeugten Gießformteils aus dem Formwerkzeug. E) Removal of the mold part produced from the mold.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweikomponentige Bindemittel einerseits eine Harz-Komponente mit in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktiven Einzelverbindungen der durchschnittlichen Funktionalität von 1,8 bis 4,0, als Zusatz/Zusätze einen oder mehrere Verdünner, gegebenenfalls einen oder mehrere die Polymerisation beeinflussende Katalysatoren oder Verzögerer und andererseits eine Härter-Komponente, enthaltend ein oder mehrere Isocyanate, die mindestens die Funktionalität 2 besitzen, sowie als Zusatz einen oder mehrere Verdünner umfasst. 2. The method according to claim 1, characterized in that the two-component binder on the one hand a resin component with isocyanate-hydrogen-active individual compounds with an average functionality of 1.8 to 4.0, as additives one or more thinners, optionally one or several catalysts or retarders influencing the polymerization and, on the other hand, a hardener component containing one or more isocyanates which have at least functionality 2 and one or more thinners as an additive.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wasserstoffaktiven Bestandteile der Harz-Komponente des Bindemittels ausgewählt sind aus einer oder mehreren Substanzklassen, umfassend Polyetheralkohole, reaktive und nicht reaktive Polymerpolyole, Polycaprolactone, Polyetherpolyesteralkohole, Polythiole,3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrogen-active constituents of the resin component of the binder are selected from one or more substance classes, including polyether alcohols, reactive and non-reactive polymer polyols, polycaprolactones, polyether polyester alcohols, polythiols,
Aminopolyetheralkohole, zwei- und höherfunktionelle Alkohole, Amine und Carbamid-Verbindungen. Aminopolyether alcohols, di- and higher-functional alcohols, amines and carbamide compounds.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbestandteile der Harz-Komponente so kombiniert sind, dass eine durchschnittliche H-Funktionalität von 2,2 bis 3,5 resultiert. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the individual constituents of the resin component are combined so that an average H functionality of 2.2 to 3.5 results.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanate der Härter-Komponente Oligomere oder polymere Derivate vom Grundtyp des 2,4'- und 4,4'-Diphenylmethan-Diisocyanates und/oder Oligomere oder polymere Derivate vom Typ des 2,4'- und 4,4'- Dicyclohexylmethan-Diisocyanates und/oder Oligomere oder polymere Derivate des Hexamethylen-Diisocyanates mit gegebenenfalls ganz oder partiell blockierten Isocyanatgruppen und/oder Isophorondiisocyanat und/oder dessen Derivate sind. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the isocyanates of the hardener component oligomers or polymeric derivatives of the basic type of 2,4'- and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and / or oligomers or polymeric derivatives of Type of 2,4'- and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and / or oligomers or polymeric derivatives of hexamethylene diisocyanate with optionally completely or partially blocked isocyanate groups and / or isophorone diisocyanate and / or its derivatives.
6. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Härter-Kom ponente des warmhärtenden Formstoffs aus einem oder mehreren Isocyanaten mit Verdünnern sowie die Verarbeitbarkeit gewährleistenden Zusätzen besteht, wobei der Isocyanat-Anteil im ausgeglichenen stöchiometrischen Verhältnis zu den wasserstoffaktiven Verbindungen der Harz-Komponente eingesetzt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the hardener component of the thermosetting molding material consists of one or more isocyanates with thinners and additives ensuring processability, the isocyanate content in a balanced stoichiometric ratio to the hydrogen-active compounds the resin component is used.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Harz-Komponente des Bindemittels 50 bis 100 % wasserstoffaktive Verbindungen aufweist und die Härter-Kom ponente des Bindemittels 50 bis 100 % Polyisocyanate aufweist. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the resin component of the binder has 50 to 100% hydrogen-active compounds and the hardener component of the binder has 50 to 100% polyisocyanates.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die thermisch aktivierbaren Katalysatoren des warm härtenden Form Stoffs Addukte aus tertiären Aminen und organischen Säuren (Blockierungsagens) oder quartäre Ammoniumsalze sind und das katalytisch aktive tertiäre Amin durch thermischen Eintrag zwischen 50 und 170 °C, bevorzugt zwischen 80 und 150 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 und 130 °C, freigesetzt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the thermally activatable catalyst or catalysts of the thermosetting form substance are adducts of tertiary amines and organic acids (blocking agent) or quaternary ammonium salts and the catalytically active tertiary amine by thermal input between 50 and 170 ° C, preferably between 80 and 150 ° C, particularly preferably between 100 and 130 ° C, is released.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dass ein oder mehrere thermisch aktivierbare Katalysatoren als Einzelkomponenten beim Mischen des warmhärtenden Formstoffs eingesetzt und/oder in die Harz-Komponente voreingemischt werden. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that one or more thermally activatable catalysts are used as individual components when mixing the thermosetting molding material and / or are pre-mixed into the resin component.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aushärten des warmhärtenden Formstoffs katalytisch wirksame und die Härtung des Formstoffs fördernde Amin-Basen aus dem oder den thermisch aktivierbaren Katalysatoren in situ freigesetzt werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that when the thermosetting molding material is hardened, catalytically active amine bases which promote hardening of the molding material are released in situ from the thermally activatable catalyst or catalysts.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Harz- und Härter-Kom ponente des Bindemittels ein oder mehrere Verdünner aufweisen, wobei diese ausgewählt sind aus den Substanzklassen Fettsäureester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, synthetische Mono-, Di- und Tricarbonsäureester, Organosilikate, Sulfonsäureester, weitgehend aromatenfreie Fraktionen aus der Erdölaufbereitung, Phosphorsäureester, cyclische und nicht-cyclische Carbonate und nicht hydroxy-funktionell endständige Polyether. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the resin and hardener components of the binder have one or more thinners, these being selected from the substance classes of fatty acid esters based on renewable raw materials, synthetic mono-, di- and tricarboxylic acid esters, organosilicates, sulfonic acid esters, largely aromatic-free fractions from petroleum processing, phosphoric acid esters, cyclic and non-cyclic carbonates and non-hydroxy-functional terminal polyethers.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als der Füllstoff oder die Füllstoffe des warmhärtenden Formstoffs Quarzsand, Chromit, Zirkonsand, Olivinsand, R-Sand, Magnesia, Alkali- und Erdalkali-Halogenide, Aluminiumsilikaten, wie J-Sand und Kerphalite, synthetischen Sanden wie Cerabeads, Schamotte, M-Sand, Alodur, Bauxitsand und Siliciumcarbid, Bläh- und Schaumgläser, Flugasche und anderen Spezialsande eingesetzt wird/werden und dabei eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 0,9 mm aufweist/aufweisen. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that as the filler or the fillers of the thermosetting molding material quartz sand, chromite, zircon sand, olivine sand, R-sand, magnesia, alkali and alkaline earth metal halides, aluminum silicates, such as J- Sand and kerphalite, synthetic sands such as cerabeads, chamotte, M-sand, Alodur, bauxite sand and silicon carbide, expanded and foam glass, fly ash and other special sands are / are used and have an average grain size of 0.1 to 0.9 mm / exhibit.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der warm härtenden Formstoff gemischt wird aus einem oder mehreren feuerfesten schüttfähigen Füllstoffen zu 95,9 bis 99,6 %, einem Bindemittel zu 0,3 bis 4,0 % sowie einem oder mehreren thermisch aktivierbaren Katalysatoren zu 0,002 bis 0,1 % . 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the thermosetting molding material is mixed from one or more refractory pourable fillers to 95.9 to 99.6%, a binder to 0.3 to 4.0% and one or more thermally activated catalysts at 0.002 to 0.1%.
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